KR102424124B1 - Granular fluid media having a function of reducing fine dust in a fluidized bed combustion furnace, a method of manufacturing the same, and a method of operating the fluidized bed combustion furnace using the same - Google Patents

Granular fluid media having a function of reducing fine dust in a fluidized bed combustion furnace, a method of manufacturing the same, and a method of operating the fluidized bed combustion furnace using the same Download PDF

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Abstract

유동사를 대체할 수 있는 유동층 보일러용 유동매체로서, 카올린 30 중량부 내지 95 중량부; 팽창진주암 1 중량부 내지 20 중량부; 및 벤토나이트 0.1 중량부 내지 10 중량부;를 포함하고, 평균 입경은 100 ㎛ 내지 500 ㎛인 과립형 유동매체가 개시된다. 본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체는 미세먼지를 저감하고, 보일러의 열 교환 효율을 향상시키고 유동화 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.A fluid medium for a fluidized bed boiler that can replace fluidized sand, comprising: 30 parts by weight to 95 parts by weight of kaolin; 1 part by weight to 20 parts by weight of expanded pearlite; and 0.1 parts by weight to 10 parts by weight of bentonite; a granular fluid medium having an average particle diameter of 100 μm to 500 μm is disclosed. The granular fluid medium provided in one aspect of the present invention has the effect of reducing fine dust, improving the heat exchange efficiency of the boiler, and saving fluidization energy.

Description

유동층 연소로에서 미세먼지 저감 기능을 가지는 과립형 유동매체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유동층 연소로 운전방법{Granular fluid media having a function of reducing fine dust in a fluidized bed combustion furnace, a method of manufacturing the same, and a method of operating the fluidized bed combustion furnace using the same}Granular fluid media having a function of reducing fine dust in a fluidized bed combustion furnace, a method of manufacturing the same , and a method of operating the fluidized bed combustion furnace using the same}

본 발명은 유동층 연소로에서 미세먼지 저감 기능을 가지는 과립형 유동매체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유동층 연소로 운전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a granular fluid medium having a function of reducing fine dust in a fluidized bed furnace, a method for manufacturing the same, and a method for operating a fluidized bed furnace using the same.

인구가 밀집되고 산업시설이 고도화되면서 소모되는 전력자원이 크게 증가함에 따라 화력발전 시설은 반드시 필요한 시설이 되었지만 입자상을 포함하는 유해대기오염물질을 배출하는 고정오염원이 되고 있다. 최근의 화력발전시설에서 사용하는 연료가 미이용 에너지원의 활용이 활발해지면서 가연성 고형폐기물연료(SRF), 우드칩(wood chip) 및 우드펠렛(wood pellet)으로 대표되는 바이오 연료(bio-SRF)등의 이용이 크게 증가하고 있다.As the population is concentrated and industrial facilities are advanced, power resources consumed have greatly increased, so thermal power generation facilities have become essential facilities, but they are becoming a fixed source of pollution that emits harmful air pollutants including particulates. In recent years, as the use of unused energy sources for fuels used in thermal power plants has become more active, combustible solid waste fuels (SRF), wood chips and biofuels (bio-SRF) represented by wood pellets, etc. use is increasing significantly.

이러한 고형연료 등은 연소과정에서 배출되는 입자상을 포함하는 유해대기오염물질인 미세먼지(fine particulate matter)중에서 조대입자는 대부분 비강부에서 걸러지며 비염 등과 같은 호흡기 질환을 발생시키는 반면 PM-10(공기역학적 직경이 10 micron 보다 작은 입자상 물질) 및 PM-2.5(공기역학적 직경이 2.5 micron 보다 작은 입자상 물질)등의 미세입자 및 초미세입자의 경우에는 폐포 깊숙이 침투하여 면역질환을 유발할 수 있다고 알려져 있다.These solid fuels, among the fine particulate matter, which are harmful air pollutants including particulates emitted during the combustion process, are mostly filtered out in the nasal passages and cause respiratory diseases such as rhinitis, whereas PM-10 (air It is known that fine and ultra-fine particles such as particulate matter with a mechanical diameter smaller than 10 microns) and PM-2.5 (particulate matter with aerodynamic diameter less than 2.5 micron) can penetrate deep into the alveoli and cause immune diseases.

최근에 각 나라는 물론 국내 지방자치단체에서도 화력발전소의 미세먼지 배출 허용기준을 강화하고 있음에 따라, 화력발전소 측에서도 이에 부응하기 위하여 미세먼지의 배출량을 저감시키기 위한 문제로 많은 투자가 요구되고 있다.Recently, as each country as well as domestic local governments are strengthening the emission standards for fine dust from thermal power plants, a lot of investment is required for reducing fine dust emission from thermal power plants in order to meet the requirements.

대기오염 방지시설은 전기집진기, 여과포를 이용하는 여과시스템(bag filter) 및 물을 이용하는 세정 시스템 등이 단독 혹은 병용으로 이용되고 있으나, 발생된 미세먼지를 배출단계에서 차단하는 경우보다는 연소과정에서 미세먼지의 발생을 저감하는 것이 효과적인 면에서나 설비 및 운전의 어려움을 해소하는 방법에서 유리할 수 있다.In air pollution prevention facilities, an electric dust collector, a bag filter using a filter cloth, and a washing system using water are used alone or in combination. It may be advantageous in terms of effectiveness or in a method of resolving difficulties in equipment and operation to reduce the occurrence of

이러한 유동층 연소로에서 배출되는 미세먼지 문제를 해결하기 위한 방법으로는 연소로 장치의 구조를 개선하는 방법이나 운전조건의 변환 및 집진시스템의 변환, 여과포의 집진능력 향상 등으로 연구되고 있으나, 연소로 장치의 재료나 구조를 바꾸는 일이나 여과 집진 성능향상 등은 많은 설비투자가 수반되기 때문에 연소로 운전경제성을 확보하는 데에 어렵다는 문제점이 있다. 따라서 최근에 개발되고 있는 방법은 첨가제를 사용하여 미세먼지를 저감하는 방법이 개발되고 있다.As a method to solve the problem of fine dust emitted from such a fluidized bed combustion furnace, research is being conducted on improving the structure of the combustion furnace device, changing the operating conditions, changing the dust collection system, and improving the dust collection capacity of the filter cloth. There is a problem in that it is difficult to secure the operating economy of the combustion furnace because changing the material or structure of the device or improving the filter dust collection performance involves a lot of facility investment. Therefore, as a method that has been recently developed, a method for reducing fine dust using additives is being developed.

또한, 대부분의 SRF 연료들은 발열량이 비교적 낮기 때문에 기존의 로우터리 킬른 및 스토커 방식 등의 보일러 보다는 연소효율이 우수한 유동층 연소기를 이용하는 비율이 높다. 유동층 연소로는 연소기 아래 부위에서 공기를 불어넣어주면서 도입된 연료입자들을 부유시킨 상태에서 연소시키는 기전으로서 낮은 온도에서 연소시킬 수 있고 특히 저급의 연료를 대상으로 완전연소율을 높이면서 열 회수효율을 높일 수 있다는 장점을 가지고 있기 때문에 우리나라에서 최근에 건설하는 연소시스템은 유동층 연소로가 대부분이다.In addition, since most SRF fuels have relatively low calorific value, the ratio of using a fluidized bed combustor with excellent combustion efficiency is higher than that of conventional boilers such as rotary kiln and stocker type. Fluidized bed combustion furnace is a mechanism that burns the introduced fuel particles in a suspended state while blowing air from the lower part of the combustor. Fluidized bed furnaces are the most recently constructed combustion systems in Korea.

이러한 유동층 연소로는 도입된 연료의 원활한 연소를 위하여 유동층을 형성하는 유동매체의 사용이 필요한데 기존의 유동매체로는 주로 입자 크기가 0.1 ~ 1.0 mm 수준이 되는 모래(silica sand)가 사용되고 있다. In such a fluidized bed combustion furnace, it is necessary to use a fluidized medium that forms a fluidized bed for smooth combustion of the introduced fuel. As a conventional fluidized medium, silica sand having a particle size of 0.1 to 1.0 mm is mainly used.

그러나, 알려진 바와 같이, 모래(sand)는 경도가(모오스 경도 기준 = 7.0) 높기 때문에 연소로의 내부와 전열관 등의 구조물을 마모시키는 문제가 발생할 수 있으며, 유동매체의 비중이 2.6 ~ 2.8 수준으로 높기 때문에 유동시키기 위하여 도입되는 송풍기의 가동에너지 소모가 많다는 것이 문제점으로 상존하고 있으나 아직까지 이에 대한 대체물질 개발 실적은 없는 실정이다.However, as is known, since sand has a high hardness (based on Mohs hardness = 7.0), there may be a problem of abrasion of structures such as the inside of the combustion furnace and heat transfer tubes, and the specific gravity of the fluid is 2.6 to 2.8. The high consumption of operating energy of the blower introduced to make it flow is still a problem, but there is still no record of developing alternative materials for this.

이제까지 미세먼지 저감을 위한 방안으로 제안된 기술은 슬러리 혹은 액체상의 첨가제를 연소로 혹은 연소로 후단부에 분사함으로서 미세먼지 및 유해가스의 배출량을 저감하는 방안이 제안되고 있다. As a technique for reducing fine dust so far, a method for reducing the emission of fine dust and harmful gas by spraying a slurry or liquid additive into the combustion furnace or the rear end of the furnace has been proposed.

예를 들면, 대한민국 등록특허 제10-1918519호(2019.02.08.)에서 “소각시설에서의 미세먼지 저감장치”에서는 연료촉진제(수산화나트륨, 수산화칼슘, 과산화수소, 붕소, 붕산나트륨, 글리세린 및 물로 구성되는)을 연소실에 직접 용액상태로 분사하면서 소각하면 미세먼지 PM10의 배출량은 39%, PM2.5의 배출량은 40%를 저감할 수 있다고 제안하였다. For example, in Korean Patent Registration No. 10-1918519 (2019.02.08.), in “a device for reducing fine dust in incineration facilities,” fuel accelerators (sodium hydroxide, calcium hydroxide, hydrogen peroxide, boron, sodium borate, glycerin and water) ), it was suggested that the emission of PM10 and PM2.5 could be reduced by 39% and by 40% by incineration while spraying directly into the combustion chamber as a solution.

또한, 대한민국 등록특허 제10-2067720호(2020.02.11.)에서는 “고체연료용 첨가제 조성물”에서는 수산화알루미늄 나노입자, 산화마그네슘 나노입자, 바나듐-티타늄계 복합산화물, 마그네슘페라이트 나노입자 및 파라핀계 오일 등을 슬러리 상태로 제조하여 고체연료에 직접 첨가/투입하여 연소시키면 배출되는 NOx 42%, SOx 50% 를 제거하는 효과가 있다고 제안하고 있다.In addition, in Republic of Korea Patent No. 10-2067720 (2020.02.11.), in “additive composition for solid fuel”, aluminum hydroxide nanoparticles, magnesium oxide nanoparticles, vanadium-titanium-based composite oxide, magnesium ferrite nanoparticles, and paraffinic oil It is suggested that the effect of removing 42% of the NOx and 50% of the SOx emitted by burning the product in a slurry state and directly adding/injecting it to the solid fuel is proposed.

뿐만 아니라, 미세먼지 저감 장치에 대해서는 대한민국 공개특허 제10-2018-0130659호(2018.12.10.)에서는 “미세먼지저감장치”에서는 굴뚝으로 배출되는 연소가스를 유도하여 물을 분사함으로서 미세먼지를 제거하는 설비를 별도로 설치하는 것을 제안하고 있다.In addition, as for the fine dust reduction device, in Korean Patent Laid-Open No. 10-2018-0130659 (2018.12.10.), in the “fine dust reduction device”, the fine dust is removed by inducing combustion gas discharged into the chimney and spraying water. It is suggested to install a separate facility for

그러나 제안된 기술들은 액체 혹은 나노입자를 분산시킨 슬러리를 이용하므로 별도의 분사를 위한 설비를 도입하는 문제점이 있고, 용액의 도입으로 연소기내부의 열 충격을 피할 수 없다는 등의 문제점이 상존한다.However, since the proposed techniques use a liquid or a slurry in which nanoparticles are dispersed, there is a problem of introducing a separate injection facility, and there are problems such as that the thermal shock inside the combustor cannot be avoided due to the introduction of the solution.

대한민국 등록특허 제10-1918519호Republic of Korea Patent No. 10-1918519 대한민국 등록특허 제10-2067720호Republic of Korea Patent Registration No. 10-2067720 대한민국 공개특허 제10-2018-0130659호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0130659

본 발명의 일 측면에서의 목적은 유동사를 대체할 수 있으면서도, 미세먼지를 효과적으로 저감할 수 있는 과립형 유동층 보일러용 유동매체를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a fluidized medium for a granular fluidized bed boiler that can replace fluidized sand and effectively reduce fine dust.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention

유동사를 대체할 수 있는 유동층 보일러용 유동매체로서,As a fluid medium for a fluidized bed boiler that can replace fluidized sand,

카올린 30 중량부 내지 95 중량부;30 parts by weight to 95 parts by weight of kaolin;

팽창진주암 1 중량부 내지 20 중량부; 및1 part by weight to 20 parts by weight of expanded pearlite; and

벤토나이트 0.1 중량부 내지 10 중량부;0.1 parts by weight to 10 parts by weight of bentonite;

를 포함하고,including,

평균 입경은 100 ㎛ 내지 500 ㎛인 과립형 유동매체가 제공된다.A granular fluid medium having an average particle diameter of 100 μm to 500 μm is provided.

또한, 본 발명의 다른 측면에서In addition, in another aspect of the present invention

카올린 분말 30 중량부 내지 95 중량부, 팽창진주암 분말 1 중량부 내지 20 중량부 및 벤토나이트 분말 0.1 중량부 내지 10 중량부를 혼합하는 단계; 및mixing 30 parts by weight to 95 parts by weight of kaolin powder, 1 part by weight to 20 parts by weight of expanded pearlite powder, and 0.1 parts by weight to 10 parts by weight of bentonite powder; and

상기 혼합된 카올린 분말, 팽창진주암 분말 및 벤토나이트 분말을 평균 입경이 100 ㎛ 내지 500 ㎛가 되도록 조립화 및 성형하는 단계;granulating and molding the mixed kaolin powder, expanded pearlite powder and bentonite powder to have an average particle diameter of 100 μm to 500 μm;

를 포함하는 제1항의 과립형 유동매체의 제조방법이 제공된다.There is provided a method for producing the granular fluid medium of claim 1 comprising a.

나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서Furthermore, in another aspect of the present invention

상기 과립형 유동매체를 연료 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소로 운전방법이 제공된다.There is provided a fluidized bed combustion furnace operating method, characterized in that 0.01 to 2.0 parts by weight of the granular fluid medium is used based on 100 parts by weight of fuel.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체는 미세먼지를 저감하고, 보일러의 열 교환 효율을 향상시키고 유동화 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.The granular fluid medium provided in one aspect of the present invention has the effect of reducing fine dust, improving the heat exchange efficiency of the boiler, and saving fluidization energy.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과립형 유동매체의 형상을 보여주는 이미지이고,
도 2는 본 발명의 일 비교예에 따른 기존의 유동사의 형상을 보여주는 이미지이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과립형 유동매체의 입자 크기 분포를 보여주는 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일 비교예에 따른 기존의 유동사의 입자 크기 분포를 보여주는 그래프이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예를 사용하여 유동층 연소로를 운전했을 경우의 플라이 애쉬의 입자 크기 분포를 보여주는 그래프이고,
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예 및 일 비교예를 사용하여 유동층 연소로를 운전했을 경우의 플라이 애쉬의 입자 크기 분포를 보여주는 그래프이고,
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예 및 일 비교예를 사용하여 유동층 연소로를 운전했을 경우의 플라이 애쉬의 입자 크기 분포를 보여주는 그래프이고,
도 8은 상기 도 5 내지 도 7의 실시예들 및 비교예를 사용하여 유동층 연소로를 운전했을 경우의 플라이 애쉬의 입자 크기 분포를 동시에 보여주는 그래프이다.
1 is an image showing the shape of a granular fluid medium according to an embodiment of the present invention;
2 is an image showing the shape of a conventional floating sand according to a comparative example of the present invention;
3 is a graph showing the particle size distribution of a granular fluid medium according to an embodiment of the present invention;
4 is a graph showing the particle size distribution of a conventional flow sand according to a comparative example of the present invention;
5 is a graph showing the particle size distribution of fly ash when a fluidized bed combustion furnace is operated using an embodiment and a comparative example of the present invention;
6 is a graph showing the particle size distribution of fly ash when a fluidized bed combustion furnace is operated using another embodiment and a comparative example of the present invention;
7 is a graph showing the particle size distribution of fly ash when a fluidized bed combustion furnace is operated using another embodiment and a comparative example of the present invention;
8 is a graph simultaneously showing the particle size distribution of fly ash when the fluidized bed combustion furnace is operated using the Examples and Comparative Examples of FIGS. 5 to 7 .

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

본 발명의 일 측면에서In one aspect of the invention

유동사를 대체할 수 있는 유동층 보일러용 유동매체로서,As a fluid medium for a fluidized bed boiler that can replace fluidized sand,

카올린 30 중량부 내지 95 중량부;30 parts by weight to 95 parts by weight of kaolin;

팽창진주암 1 중량부 내지 20 중량부; 및1 part by weight to 20 parts by weight of expanded pearlite; and

벤토나이트 0.1 중량부 내지 10 중량부;0.1 parts by weight to 10 parts by weight of bentonite;

를 포함하고,including,

평균 입경은 100 ㎛ 내지 500 ㎛인 과립형 유동매체가 제공된다.A granular fluid medium having an average particle diameter of 100 μm to 500 μm is provided.

이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체에 대하여 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention will be described in detail for each configuration.

먼저 본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체는 카올린을 포함한다.First, the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention includes kaolin.

상기 과립형 유동매체는 상기 카올린을 30 중량부 내지 95 중량부 포함할 수 있다. 바람직하게는 40 중량부 내지 90 중량부 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 45 중량부 내지 85 중량부 포함할 수 있다.The granular fluid medium may contain 30 parts by weight to 95 parts by weight of the kaolin. Preferably it may contain 40 parts by weight to 90 parts by weight, and more preferably 45 parts by weight to 85 parts by weight.

상기 카올린은 알루미나 성분이 20 wt% 이상일 수 있으며, 바람직하게는 25 wt% 이상일 수 있다.The kaolin may contain an alumina component of 20 wt% or more, preferably 25 wt% or more.

다음으로 본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체는 팽창진주암(expanded perlite)을 포함한다.Next, the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention includes expanded perlite.

상기 과립형 유동매체는 상기 팽창진주암을 1 중량부 내지 20 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게는 3 중량부 내지 20 중량부, 더 바람직하게는 5 중량부 내지 15 중량부 포함할 수 있다.The granular fluid medium may contain 1 to 20 parts by weight of the expanded pearlite, preferably 3 to 20 parts by weight, more preferably 5 to 15 parts by weight.

상기 팽창진주암을 1 중량부 미만으로 포함하는 경우, 상기 과립형 유동매체의 비중이 1.8을 초과하여 이를 유동 에너지 저감 효과를 기대하기 어렵다는 문제점이 있으며, 팽창진주암을 20 중량부를 초과하여 포함하는 경우, 과립형 유동매체의 비중이 1.2 미만이 되어 충분히 유동되지 않고 날아가버릴 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.When the expanded perlite is included in an amount of less than 1 part by weight, the specific gravity of the granular fluid medium exceeds 1.8, so there is a problem that it is difficult to expect the effect of reducing flow energy. If the specific gravity of the granular fluid medium is less than 1.2, it may not flow sufficiently and may be blown off.

다음으로 본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체는 벤토나이트를 포함한다.Next, the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention includes bentonite.

상기 과립형 유동매체는 벤토나이트를 0.1 중량부 내지 10 중량부 포함할 수 있고, 바람직하게는 1 중량부 내지 10 중량부, 더 바람직하게는 2 중량부 내지 10 중량부 포함할 수 있다.The granular fluid medium may contain 0.1 to 10 parts by weight of bentonite, preferably 1 to 10 parts by weight, more preferably 2 to 10 parts by weight.

상기 벤토나이트를 0.1 중량부 미만으로 포함하는 경우, 상기 과립형 유동매체의 압축강도가 지나치게 낮아져 유동화 초기에 해쇄될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 벤토나이트를 10 중량부를 초과하여 포함하는 경우, 압축강도가 지나치게 높아서 연소로 내에서 형성 및 비산되는 미세먼지와의 접촉 반응률이 낮을 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.When the bentonite is included in an amount of less than 0.1 parts by weight, the compressive strength of the granular fluid medium is too low, and thus a problem that it may be crushed at the initial stage of fluidization may occur. is too high, which may cause a problem that the contact reaction rate with fine dust formed and scattered in the combustion furnace may be low.

또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체는 석탄 비산재 및 제올라이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 더 포함할 수 있다.In addition, the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention may further include at least one material selected from the group consisting of coal fly ash and zeolite.

상기 석탄 비산재 및 제올라이트는 우수한 다공성을 가지는 물질로서, 미세먼지의 포집력을 향상시킬 수 있다.The coal fly ash and zeolite are materials having excellent porosity, and may improve the collecting power of fine dust.

상기 과립형 유동매체는 상기 석탄 비산재 및 제올라이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 5 중량부 내지 30 중량부 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 7 중량부 내지 25 중량부 포함할 수 있다.The granular fluid medium may further include 5 to 30 parts by weight of at least one material selected from the group consisting of coal fly ash and zeolite, and preferably 7 to 25 parts by weight.

상기 석탄 비산재 및 제올라이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 5 중량부 미만으로 포함하는 경우, 상기 과립형 유동매체의 비표면적의 변환율이 낮아서 다공성 물질을 첨가한 효과를 기대하기 어려울 수 있다는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 제올라이트를 30 중량부를 초과하여 포함하는 경우, 상기 과립형 유동매체의 마모도가 지나치게 낮아져 쉽게 붕괴될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.When the content of at least one material selected from the group consisting of coal fly ash and zeolite is less than 5 parts by weight, the conversion rate of the specific surface area of the granular fluid medium is low, so it may be difficult to expect the effect of adding the porous material. This may occur, and when the zeolite is included in more than 30 parts by weight, the degree of abrasion of the granular fluid medium is too low, and thus there may be a problem that it may be easily disintegrated.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체의 평균 입경은 100 ㎛ 내지 1000 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다.The average particle diameter of the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention may be 100 μm to 1000 μm, preferably 100 μm to 500 μm.

상기 과립형 유동매체의 평균 입경이 100 ㎛ 미만인 경우, 유동매체로서 연소로에 투입하였을 때, 유동층을 형성하지 못하고 초기에 부유되어 사이클론 후단으로 배출될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있으며, 평균 입경이 1000 ㎛를 초과하는 경우, 활발히 유동하기 어려울 수 있으며, 연소 시 발생하는 미세먼지와 충분히 접촉하기 어려울 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.When the average particle diameter of the granular fluid medium is less than 100 μm, when it is introduced into the combustion furnace as a fluid medium, a problem that a fluidized bed cannot be formed and floated initially and discharged to the rear end of the cyclone may occur, and the average particle diameter is 1000 If it exceeds ㎛, it may be difficult to actively flow, and there may be problems that it may be difficult to sufficiently contact fine dust generated during combustion.

여기서, 유동매체의 입자 크기분포는 균일할수록 효율적인 유동현상을 유도할 수 있는데, 입자 크기 분포가 넓으면 일정한 공기유입속도에 의하여 유동하는 개체수가 적게 되고, 넓은 유동면적을 확보하기 어렵기 때문이다.Here, the more uniform the particle size distribution of the fluidizing medium, the more efficient the flow phenomenon can be induced. This is because, if the particle size distribution is wide, the number of individuals flowing due to a constant air inflow velocity decreases and it is difficult to secure a large flow area.

또한, 상기 과립형 유동매체는 구형일 수 있다. 구형의 입자 형상을 가짐으로써, 공기유속에 의하여 균일한 유동현상을 보일 수 있다.In addition, the granular fluid medium may be spherical. By having a spherical particle shape, a uniform flow phenomenon can be exhibited by the air flow rate.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체의 비중은 1.0 내지 1.8일 수 있으며, 바람직하게는 1.2 내지 1.6일 수 있다. 본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체의 비중은 기존에 유동사로 사용되는 실리카 샌드 대비 10% 내지 20% 감소됨으로써, 유동 에너지가 감소될 수 있다.The specific gravity of the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention may be 1.0 to 1.8, preferably 1.2 to 1.6. The specific gravity of the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention is reduced by 10% to 20% compared to the silica sand used as the conventional fluidized sand, thereby reducing the flow energy.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체의 압축강도는 10 kgf 내지 25 kgf일 수 있으며, 바람직하게는 15 kgf 내지 20 kgf일 수 있다.The compressive strength of the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention may be 10 kgf to 25 kgf, preferably 15 kgf to 20 kgf.

압축강도가 25 kgf를 초과하는 경우, 유동매체의 해쇄가 잘 일어나지 않아, 연소로 내에서 형성 및 비산되는 미세먼지와의 접촉 반응률이 낮아질 수 있다는 문제점이 발생할 수 있고, 압축강도가 10 kgf 미만인 경우, 유동화 초기에 과도하게 해쇄될 수 있으며, 이러한 해쇄에 의하여 유동매체로서의 작용하는 시간이 짧아서 유동매체의 소모율이 지나치게 높아질 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.If the compressive strength exceeds 25 kgf, the disintegration of the fluid medium does not occur well, so there may be a problem that the contact reaction rate with fine dust formed and scattered in the combustion furnace may be lowered, and if the compressive strength is less than 10 kgf , may be excessively pulverized at the initial stage of fluidization, and due to such pulverization, the time to act as a fluid medium is short, which may cause a problem that the consumption rate of the fluid medium may be excessively high.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 유동매체의 특성은 연소로에서 유동하는 동안 지속적으로 마모 혹은 해쇄되어 미립상으로 비산하는 특성이 발현될 수 있으며, 이러한 비산된 미립자들에 의하여 연소로에서 발생하는 각종 가스상의 물질들과의 접촉하여 포집되는 것이므로 유동매체는 다공성 물질들을 사용함으로써 해쇄되어 비산하는 동안 연소로의 발생 가스와 접촉하여 이들을 포집하는 특성이 발현될 수 있는 것이다.Characteristics of the fluid medium provided in one aspect of the present invention may be continuously abraded or disintegrated while flowing in the combustion furnace and dispersed into fine particles, and various Since it is collected in contact with gaseous materials, the fluid medium is disintegrated by using porous materials, and while it is scattered, the property of collecting them in contact with the gas generated in the combustion furnace can be expressed.

이를 위하여 본 발명의 일 측면에서 제공되는 유동매체는 다공성 물질로 알려진 제올라이트, 석탄 비산재, 벤토나이트, 팽창진주암 등을 포함하며, 이들을 조합 성형한 유동매체의 비표면적은 기존의 실리카 샌드 유동매체에 비하여 40배 이상의 비표면적을 가질 수 있으며, 압축강도는 40% 수준으로 낮아, 연소로 내부 구조물의 마모를 저감시킬 수 있도록 하였다. 또한, 유동매체의 비중을 기존의 실리카 샌드보다 10~20% 정도 낮추어 유동에너지를 저감시킬 수 있다. To this end, the fluid medium provided in one aspect of the present invention includes zeolite, coal fly ash, bentonite, expanded pearlite, etc., known as porous materials, and the specific surface area of the fluid media formed by combining them is 40 compared to the conventional silica sand fluid media. It can have more than double the specific surface area, and the compressive strength is as low as 40%, so that it is possible to reduce the abrasion of the internal structure of the combustion furnace. In addition, the flow energy can be reduced by lowering the specific gravity of the fluid medium by about 10 to 20% compared to the conventional silica sand.

또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 유동매체는 연소과정에서 발생하는 저융점염과 연소로에서부터 열교환기를 거쳐서 배출될 때까지 접촉하여 반응 및 포집하는 바, 저융점염을 효과적으로 저감시킬 수 있다.In addition, the fluid medium provided in one aspect of the present invention reacts and collects the low-melting-point salt generated in the combustion process until it is discharged from the combustion furnace through the heat exchanger to react and collect, so it is possible to effectively reduce the low-melting salt.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체는 천연다공성 물질들을 포함하며, 이들은 알루미늄 실리케이트를 주성분으로 하는 물질들로, 칼륨, 나트륨 등과 같은 저융점염과 반응성을 갖는다.More specifically, the granular fluid medium provided in one aspect of the present invention includes natural porous materials, which are materials based on aluminum silicate, and have reactivity with low-melting salts such as potassium and sodium.

즉, 상기 과립형 유동매체에 포함되는 성분들은 아래 화학식 1 및 화학식 2와 같이 저융점염(K, Na)과의 반응으로 높은 융점의 물질로 전환되므로, 슬래그(slag) 형성을 차단하는 효과가 있으며, 다공성 물질은 연소로에서 형성되는 미세먼지를 포집하는 효과가 있다.That is, since the components included in the granular fluid medium are converted into materials of high melting point by reaction with low melting point salts (K, Na) as shown in Formulas 1 and 2 below, the effect of blocking the formation of slag is reduced. In addition, the porous material has the effect of collecting fine dust formed in the combustion furnace.

Al2O3·2SiO2·H20 + 2KCl → K2O(orNa2O)·Al2O3·2SiO2 + 2HCl (화학식 1)Al 2 O 3 ·2SiO 2 ·H 2 0 + 2KCl → K 2 O(orNa 2 O) ·Al 2 O 3 ·2SiO 2 + 2HCl (Formula 1)

Al2O3·2SiO2·H20 + 2SiO2 + 2KCl→ 2KAlSi2O6 + H2O + 2HCl (화학식 2)Al 2 O 3 ·2SiO 2 ·H 2 0 + 2SiO 2 + 2KCl→ 2KAlSi 2 O 6 + H 2 O + 2HCl (Formula 2)

즉, 유동매체로서 미세먼지와의 화학 반응이 가능하며, 동시에 미세먼지를 물리적 포집할 수 있는 물질들을 사용함으로써, 미세먼지를 효과적으로 저감시킬 수 있다.That is, fine dust can be effectively reduced by using substances capable of chemically reacting with fine dust as a fluid medium and capable of physically collecting fine dust at the same time.

또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 과립형 유동매체는 유동층 연소로에서 반드시 필요한 유동매체의 비중을 낮게 제조하여 유동화 에너지를 저감하고 유동화 높이를 높임으로서 전열효율의 극대화를 도모할 수 있다. 뿐만 아니라 기존의 유동매체로 사용되는 유동사가 연소로 내부의 구조물을 마모시키는 문제 또한 해결할 수 있다.In addition, the granular fluidized medium provided in one aspect of the present invention can reduce the fluidization energy by producing a low specific gravity of the fluidized medium essential in the fluidized bed combustion furnace and maximize the heat transfer efficiency by increasing the fluidization height. In addition, it is possible to solve the problem of abrasion of the structure inside the combustion furnace by the flowing sand used as the existing fluid medium.

본 발명의 다른 측면에서In another aspect of the invention

카올린 분말 30 중량부 내지 95 중량부, 팽창진주암 분말 1 중량부 내지 20 중량부 및 벤토나이트 분말 0.1 중량부 내지 10 중량부를 혼합하는 단계; 및mixing 30 parts by weight to 95 parts by weight of kaolin powder, 1 part by weight to 20 parts by weight of expanded pearlite powder, and 0.1 parts by weight to 10 parts by weight of bentonite powder; and

상기 혼합된 카올린 분말, 팽창진주암 분말 및 벤토나이트 분말을 평균 입경이 100 ㎛ 내지 500 ㎛가 되도록 조립화 및 성형하는 단계;granulating and molding the mixed kaolin powder, expanded pearlite powder and bentonite powder to have an average particle diameter of 100 μm to 500 μm;

를 포함하는 상기 과립형 유동매체의 제조방법이 제공된다.There is provided a method for producing the granular fluid medium comprising a.

이하, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 과립형 유동매체의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다. 다만, 과립형 유동매체에 대하여는 앞서 설명하였는 바, 중복하여 설명하지는 않고 생략될 수 있다.Hereinafter, the manufacturing method of the granular fluid medium provided in another aspect of the present invention will be described in detail for each step. However, since the granular fluid medium has been described above, it may be omitted without overlapping description.

먼저, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 과립형 유동매체의 제조방법은 카올린 분말, 팽창진주암 분말 및 벤토나이트 분말을 혼합하는 단계를 포함한다.First, the method for preparing a granular fluid medium provided in another aspect of the present invention includes mixing kaolin powder, expanded pearlite powder and bentonite powder.

상기 단계에서, 카올린 분말 30 중량부 내지 95 중량부, 팽창진주암 분말 1 중량부 내지 20 중량부 및 벤토나이트 분말 0.1 중량부 내지 10 중량부를 혼합할 수 있다.In the above step, 30 parts by weight to 95 parts by weight of kaolin powder, 1 part by weight to 20 parts by weight of expanded pearlite powder, and 0.1 parts by weight to 10 parts by weight of bentonite powder may be mixed.

상기 분말들의 최대 입자 크기는 35 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 45 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다.The maximum particle size of the powders may be 35 μm to 200 μm, preferably 45 μm to 150 μm.

상기 단계에서 혼합 방법은 특정 방법으로 제한되지는 않는다.The mixing method in the above step is not limited to a specific method.

다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 과립형 유동매체의 제조방법은 상기 혼합된 카올린 분말, 팽창진주암 분말 및 벤토나이트 분말을 평균 입경이 100 ㎛ 내지 500 ㎛가 되도록 조립화 및 성형하는 단계를 포함한다.Next, the method for producing a granular fluid medium provided in another aspect of the present invention comprises the steps of granulating and molding the mixed kaolin powder, expanded pearlite powder and bentonite powder to have an average particle diameter of 100 μm to 500 μm. do.

일 실시예에서 상기 단계의 조립화 및 성형은 과립기 및 혼련기를 이용하여 수행될 수 있지만 특정 방법으로 제한되지는 않는다.In one embodiment, the granulation and molding of the step may be performed using a granulator and a kneader, but is not limited to a specific method.

과립기에서 조립하는 경우, 조립된 성형체는 100℃ 내지 150℃에서 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 건조는 30분 내지 60분의 시간동안 수행될 수 있다.In the case of granulation in a granulator, the step of drying the assembled molded body at 100° C. to 150° C. may be further included. The drying may be performed for a time of 30 minutes to 60 minutes.

상기 건조 후, 체 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 100 ㎛ 이하 입자는 조립을 위한 핵물질(seed)로 다시 과립기에 투입하여 재사용할 수 있으며, 500 ㎛ 이상의 입자는 분쇄기로 재분쇄하여 조립을 위한 원료로 재사용할 수 있다.After the drying, the step of separating the sieve may be further included. At this time, particles of 100 μm or less can be reused by putting them back into the granulator as a seed for granulation, and particles of 500 μm or more can be re-ground with a grinder and reused as raw materials for granulation.

본 발명의 또 다른 측면에서In another aspect of the invention

상기 과립형 유동매체를 연료 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소로 운전방법이 제공된다.There is provided a fluidized bed combustion furnace operating method, characterized in that 0.01 to 2.0 parts by weight of the granular fluid medium is used based on 100 parts by weight of fuel.

과립형 유동매체 및 이의 제조방법에 대하여는 앞서 설명하였는 바, 중복하여 설명하지는 않고 생략될 수 있다.As the granular fluid medium and its manufacturing method have been described above, it may be omitted without overlapping description.

본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 유동층 연소로 운전 방법은 상기 과립형 유동매체는 연료 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 2.0 중량부 사용될 수 있다. 상기 연료는 고형폐기물 연료(SRF) 또는 바이오 고형연료(bio-SRF)일 수 있다.In the fluidized bed combustion furnace operating method provided in another aspect of the present invention, the granular fluid medium may be used in an amount of 0.01 parts by weight to 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the fuel. The fuel may be solid waste fuel (SRF) or bio-solid fuel (bio-SRF).

상기 과립형 유동매체의 양이 연료 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 미만인 경우 미세먼지 저감 효율이 지나치게 낮아지는 문제점이 발생할 수 있으며, 2.0 중량부를 초과하는 경우 연소로 내부에서 유동하는 유동매체가 지나치게 많아서 효율적인 연소 및 전열효율을 저해하는 문제점이 발생할 수 있다.When the amount of the granular fluid medium is less than 0.01 parts by weight based on 100 parts by weight of the fuel, there may be a problem that the fine dust reduction efficiency is too low, and if it exceeds 2.0 parts by weight, there are too many fluid media flowing inside the combustion furnace There may be problems that impair efficient combustion and heat transfer efficiency.

본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 유동층 연소로 운전 방법은 백 필터(bag filter)에서 포집되는 플라이 애쉬의 평균 입자 크기가 60 ㎛ 이상일 수 있고, 바람직하게는 80 ㎛ 이상일 수 있고, 더 바람직하게는 150 ㎛ 이상일 수 있다.In the fluidized bed combustion furnace operating method provided in another aspect of the present invention, the average particle size of fly ash collected in a bag filter may be 60 μm or more, preferably 80 μm or more, and more preferably It may be 150 μm or more.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 유동층 연소로 운전 방법은 백 필터(bag filter)에서 포집되는 플라이 애쉬의 PM10 이하 입자의 함유량이 20% 미만일 수 있고, 바람직하게는 15% 미만일 수 있고, 더 바람직하게는 10% 미만일 수 있다.In addition, in the fluidized bed combustion furnace operating method provided in another aspect of the present invention, the content of PM10 or less particles of fly ash collected in a bag filter may be less than 20%, preferably less than 15%, More preferably, it may be less than 10%.

상기 유동층 연소로 운전 방법은 백 필터 내의 미립자가 비교적 큰 입자크기를 형성하도록 할 수 있으며, PM10의 저감 작용을 통하여, 백 필터의 포집 효율을 크게 향상시킬 수 있다.The fluidized bed combustion furnace operation method can cause the particles in the bag filter to form a relatively large particle size, and by reducing PM10, it is possible to greatly improve the collection efficiency of the bag filter.

이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples, Comparative Examples and Experimental Examples. The scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be construed by the appended claims. In addition, those skilled in the art will understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

<실시예 1><Example 1>

카올린 분말 60~90 wt%, 팽창진주암 분말 5~20 wt%, 벤토나이트 분말 5~10 wt%을 혼합한 후, 과립기(granulator)를 이용하여 조립하였다. 특히 카올린은 진비중 2.6, 겉보기비중 0.45, 최대 입자 크기 43㎛의 제품으로서 화학성분조성은 알루미나 성분이 25wt% 이상의 것을 사용하였다.After mixing 60~90 wt% of kaolin powder, 5~20 wt% of expanded pearlite powder, and 5~10 wt% of bentonite powder, it was granulated using a granulator. In particular, kaolin has a true specific gravity of 2.6, an apparent specific gravity of 0.45, and a maximum particle size of 43 μm.

이때, 과립기에서 조립한 조립성형체는 105~150℃에서 30분~60분 건조하여 체 분리하고 입자 크기가 100 ㎛ 이하 및 500 ㎛ 이상의 입자는 재분쇄하여 조립을 위한 원료로 재사용하였다. 또한 제조된 조립 성형체의 입자 크기는 100 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하가 되도록 조절하였다.At this time, the granulated compact assembled in the granulator was dried at 105 to 150° C. for 30 to 60 minutes, sieved, and particles with a particle size of 100 μm or less and 500 μm or more were re-ground and reused as raw materials for granulation. In addition, the particle size of the manufactured granulated article was adjusted to be 100 μm or more and 500 μm or less.

카올린 단독으로 사용하는 경우에는 비중의 조절이 불가하기 때문에 팽창진주암을 사용하여 비중을 조절하였으며, 과립형 유동매체의 강도 부여를 위하여 벤토나이트를 사용하였다. 도 1은 실시예 1에 대하여 나타낸 것이다.In the case of using kaolin alone, the specific gravity cannot be controlled, so expanded pearlite was used to control the specific gravity, and bentonite was used to impart strength to the granular fluid medium. 1 shows for Example 1. FIG.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1과 동일하게 과립형 유동매체를 제조하되, 비표면적과 내마모도, 비중 등의 물리적 특성 변환을 위하여 카올린 60~90%를 중심물질로 하고 카올린 보다 비표면적이 높은 물질인 석탄 비산재를 5~30%, 압축강도 조절을 위하여 벤토나이트를 5~10%, 비중 조절을 위해서는 팽창진주암을 5~20% 범위 내에서 조절하여 사용하였다.In the same manner as in Example 1, a granular fluid medium was prepared, but for conversion of physical properties such as specific surface area, abrasion resistance, and specific gravity, 60 to 90% of kaolin was used as the central material and coal fly ash, a material having a higher specific surface area than kaolin, was used 5 to 30%, bentonite was used within the range of 5 to 10% to control compressive strength, and expanded pearlite was used to control within the range of 5 to 20% for specific gravity control.

<실시예 3><Example 3>

실시예 1과 동일하게 과립형 유동매체를 제조하되, 카올린 60~90%를 중심 물질로 하고, 실시예-2에서 얻은 효과를 더욱 향상시키기 위하여 석탄 비산재보다 미세 비표면적이 높은 물질로 알려진 제올라이트 분말 5~30 wt%를 더욱 첨가하였다. 압축강도 조절을 위한 벤토나이트를 5~10 wt%, 비중조절을 위한 팽창진주암을 5~20 wt% 내에서 조절하여 사용하였다.A granular fluid medium was prepared in the same manner as in Example 1, but with 60 to 90% kaolin as a central material, and in order to further improve the effect obtained in Example 2, zeolite powder known as a material having a higher fine specific surface area than coal fly ash 5-30 wt% was further added. Bentonite for compressive strength control was used within 5-10 wt%, and expanded pearlite for specific gravity control was used within 5-20 wt%.

<비교예 1><Comparative Example 1>

기존에 유동매체로 이용되는 유동사인 실리카 샌드를 사용하였다.Silica sand, a fluid sand used as a fluid medium in the past, was used.

도 2는 비교예 1에 대한 이미지를 나타낸 것이다.2 shows an image for Comparative Example 1.

<실험예 1> 물성 측정<Experimental Example 1> Measurement of physical properties

실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 대하여, 압축강도, 마모도, 비표면적, 비중 등을 측정하여, 아래 표 1에 나타내었다.For Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, compressive strength, abrasion, specific surface area, specific gravity, etc. were measured, and are shown in Table 1 below.

마모도의 측정은 미국표준시험방법(ASTM)인 D5757-95의 방법을 이용하였으며, 이는 유동층 공정에 적용될 수 있는 고체 촉매의 마모도 측정방법으로서 일반적인 마모지표(AI)와 수정마모지표(CAI)를 결정하여 입자의 마모도 표시에 사용된다.The wear level was measured using the method of D5757-95, the American Standard Test Method (ASTM), which is a method for measuring the wear level of solid catalysts applicable to the fluidized bed process, and determines the general wear index (AI) and modified wear index (CAI). Therefore, it is used to indicate the wear level of the particles.

이때, 마모지표(AI)는 소형 회분식 유동층에서 측정되며 5시간 후의 마모로 인한 고체손실률로 아래 수학식 1과 같이 계산한다.At this time, the wear index (AI) is measured in a small batch type fluidized bed and is calculated as the rate of solid loss due to wear after 5 hours as shown in Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

AI(5) = [F(5)/S] × 100AI(5) = [F(5)/S] × 100

여기서, S 는 초기 고체층 무게, F(5)는 5시간동안에 미세분말 포집기에 포집된 비산 손실 고체 무게 이다.Here, S is the initial weight of the solid layer, and F(5) is the weight of scattering loss solids collected in the fine powder collector for 5 hours.

유동매체의 비중측정은 일반적인 고체 비중 측정방법인 아래의 수학식 2를 이용하였다.The specific gravity of the fluid medium was measured using Equation 2 below, which is a general method for measuring the specific gravity of a solid.

<수학식 2><Equation 2>

비중 = (공기 중의 무게)/ (공기 중의 무게)-(물속에서의 무게)Specific gravity = (weight in air)/ (weight in air)-(weight in water)

압축강도 측정은 압축강도 측정 장치(multitest-xt, 코아테크 코리아)를 이용하여 측정하였다.Compressive strength was measured using a compressive strength measuring device (multitest-xt, Coretech Korea).

또한, 비표면적 측정은 비표면적 측정 장치(auto blaine permeability tester)를 이용하였으며, 이러한 측정법은 KS L 5106(공기투과장치에 의한 포틀랜트 시멘트의 분말도 시험방법)의 기준을 이용하였다.In addition, the specific surface area was measured using an auto blaine permeability tester, and this measurement method used the standard of KS L 5106 (a method for testing the fineness of Portland cement using an air permeability device).

압축강도
(kgf)
compressive strength
(kgf)
마모도
(%)
wear and tear
(%)
비표면적
(㎠/gr)
specific surface area
(cm2/gr)
비중importance
비교예 1Comparative Example 1 38.7538.75 0.0140.014 150150 1.831.83 실시예 1Example 1 18.4718.47 38.5638.56 61006100 1.651.65 실시예 2Example 2 17.3417.34 42.2542.25 78307830 1.471.47 실시예 3Example 3 17.7917.79 40.8440.84 84208420 1.451.45

실시예 1의 경우 비교예 1에 비하여, 비표면적은 40배 확대되고, 비중은 약 10% 감소될 수 있도록 조절되었으며, 또한, 실시예 1의 과립형 유동매체는 마모도를 38% 수준으로 높임으로써 유동하는 동안 마모 및 해쇄될 수 있다.In the case of Example 1, compared to Comparative Example 1, the specific surface area was increased by 40 times and the specific gravity was adjusted to be reduced by about 10%, and the granular fluid medium of Example 1 increased the abrasion level to 38%. It can wear and break during flow.

실시예 2의 경우 비교예 1에 비하여, 비표면적은 52배 확대되고, 비중은 약 20% 감소될 수 있도록 조절되었으며, 압축강도는 54% 낮추었다(이때의 압축강도는 17.34kgf). 이러한 물리적 특성은 실시예 1의 경우와 비교하여 비표면적을 크게 향상시켰을 때의 효과 변화를 측정하기 위함이며, 이를 위하여 높은 비표면적을 가진 석탄 비산재를 더욱 첨가한 것이다. 또한, 실시예 2의 유동매체는 비교예 1의 실리카 샌드 대비 마모도를 42% 수준으로 높임으로써 유동하는 동안 마모 및 해쇄될 수 있다.In the case of Example 2, compared to Comparative Example 1, the specific surface area was enlarged 52 times, the specific gravity was adjusted to be reduced by about 20%, and the compressive strength was lowered by 54% (in this case, the compressive strength was 17.34 kgf). These physical properties are for measuring the effect change when the specific surface area is greatly improved compared to the case of Example 1, and for this purpose, coal fly ash having a high specific surface area is further added. In addition, the fluid medium of Example 2 may be abraded and disintegrated during flow by increasing the abrasion level to 42% compared to the silica sand of Comparative Example 1.

실시예 3의 경우 비교에 1에 비하여, 비표면적은 55배 확대되고, 비중은 약 20% 감소될 수 있도록 조절되었으며, 압축강도는 54% 낮추었다. 또한, 실시예 3의 유동매체는 마모도를 40% 수준으로 높임으로써 유동하는 동안 마모 및 해쇄될 수 있다.In the case of Example 3, compared to Comparative 1, the specific surface area was enlarged by 55 times, the specific gravity was adjusted to be reduced by about 20%, and the compressive strength was lowered by 54%. In addition, the fluid medium of Example 3 can be worn and disintegrated during flow by raising the abrasion level to a level of 40%.

<실험예 2> 유동매체 운전 결과 확인<Experimental Example 2> Confirmation of fluid medium operation result

실시예 1 내지 3 및 비교예 1을 대상으로 운전에너지 저감 및 미세먼지 저감 효과를 확인하기 위하여 한국에너지 기술연구원에 설치된 pilot plant급 유동층 연소로(0.1 MWth급 순환유동층(CFBC)연소로)를 이용하였다.In order to confirm the effect of reducing operating energy and reducing fine dust for Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, a pilot plant-grade fluidized bed combustion furnace (0.1 MW th grade circulating fluidized bed (CFBC) combustion furnace) installed at the Korea Energy Research Institute was used. was used.

상기 순환유동층 연소 설비는 연소로 높이 10 m, 직경 0.15 m의 크기이므로 실시예들의 유동매체의 투입은 연소로 하부에 설치된 공기분산판 위로 70cm 높이를 유지하도록 약 20 kg을 투입하였다. 이는 비교예 1과 같은 기존의 실리카 샌드를 투입하였을 때와 동일한 부피를 유지하지만 무게는 약 10% 적은 양이 된다.Since the circulating fluidized bed combustion facility has a furnace height of 10 m and a diameter of 0.15 m, the input of the fluid medium of the Examples was about 20 kg to maintain a height of 70 cm above the air distribution plate installed at the bottom of the furnace. This maintains the same volume as when the conventional silica sand is added as in Comparative Example 1, but the weight is about 10% less.

이러한 조건에서 연료는 인도네시아산 수입 우드펠렛(wood pellet) 연료를 사용하였으며, 연소로를 정상 가동 상태로 조절한 후에 30시간 동안 연속 운전하면서 유동매체에 의한 각종의 효과를 측정하였다.Under these conditions, imported wood pellet fuel from Indonesia was used, and the various effects of the fluid were measured while the furnace was continuously operated for 30 hours after the furnace was adjusted to the normal operating state.

실시예들의 유동매체를 사용하는 경우의 첫 번째 효과는 비교예에 비하여 유동화를 위하여 필요한 에너지가 저감된다는 점이다.The first effect of using the fluidizing medium of the examples is that the energy required for fluidization is reduced compared to the comparative examples.

유동화를 위한 공기의 유입양은 fan의 회전속도로 조절하는데, 실시예의 경우, 비교예 1을 유동하기 위한 회전수 1850 rpm 보다 약 10% 정도 감소한 것에 해당하는 1650 rpm으로 줄여야만 유동화 높이를 연소로 높이의 90% 수준으로 유지할 수 있다. 이로부터 실시예들의 유동매체를 사용하는 경우, fan의 회전수를 낮추어 운전함으로써 fan의 운전에 필요한 에너지를 저감하는 효과가 있다는 것을 알 수 있다.The amount of air introduced for fluidization is controlled by the rotation speed of the fan. In the case of Examples, the fluidization height must be reduced to 1650 rpm, which corresponds to a decrease of about 10% from 1850 rpm for the flow of Comparative Example 1 to increase the fluidization height to the combustion furnace height can be maintained at the level of 90% of From this, it can be seen that, when the fluid medium of the embodiments is used, the energy required for the operation of the fan is reduced by operating the fan with the rotation speed lowered.

실시예들의 유동매체를 사용하는 경우의 두 번째 효과는 비교예에 비하여 높은 전열 효과를 얻을 수 있다는 점이다.A second effect of using the fluid medium of the examples is that a higher heat transfer effect can be obtained compared to the comparative examples.

연소로 상부 전열부위의 온도가 비교예 1과 같이 기존에 820℃ 수준이었던 것에서, 실시예 1의 유동매체를 사용함으로써 860℃ 수준으로 향상되었는데, 이러한 온도 상승은 단위시간 전열량을 증가시키는 효과가 있다. 즉, 이러한 전열부위의 온도 상승은 인하여 고온으로 가열된 유동매체의 움직임이 전열면 부위로 이동하는 양이 증가하도록 하며, 그 결과 높은 전열효과를 얻을 수 있다.The temperature of the upper heat transfer part of the combustion furnace was improved from 820 ° C. level as in Comparative Example 1 to 860 ° C. level by using the fluid medium of Example 1. have. That is, the increase in the temperature of the heat transfer portion increases the amount of movement of the fluid medium heated to a high temperature to the portion of the heat transfer surface, and as a result, a high heat transfer effect can be obtained.

실시예들의 유동매체를 사용하는 경우의 세 번째 효과는 비교예에 비하여 미세먼지를 저감시킬 수 있다는 점이다.A third effect of using the fluid medium of the embodiments is that fine dust can be reduced compared to the comparative examples.

이에 대해 확인하기 위하여, 실시예 1 내지 실시예3 및 비교예 1을 이용하여 연소로를 30시간 운전한 후에 백 필터(bag filter) 내부에 모여진 플라이 애쉬(fly ash)를 채취하여 그의 입자 크기 분포를 측정하였으며, 플라이 애쉬 중에 함유된 PM10의 분포량을 particle size analyser(Malvern 2000MU model)를 이용하여 분석하였다. 이에 대한 결과를 도 5 내지 도 8에 나타내었다.In order to confirm this, using Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, after the combustion furnace was operated for 30 hours, fly ash collected inside a bag filter was collected and its particle size distribution was measured, and the distribution amount of PM10 contained in fly ash was analyzed using a particle size analyzer (Malvern 2000MU model). The results for this are shown in FIGS. 5 to 8 .

도 5는 실시예 1 및 비교예 1을 유동매체로 사용한 경우를 비교한 것이다.5 is a comparison of Example 1 and Comparative Example 1 used as a fluid medium.

비교예 1의 실리카 샌드를 유동매체로 사용하여 연소로를 30시간 동안 운전한 후의 수집된 플라이 애쉬의 평균입자 크기는 20 ㎛ 수준이며 PM10 이하 입자의 함유량은 약 30% 정도로 나타난다.After the furnace was operated for 30 hours using the silica sand of Comparative Example 1 as a fluid medium, the average particle size of the collected fly ash was 20 μm, and the content of particles below PM10 was about 30%.

반면, 실시예 1을 유동매체를 사용한 경우에 발생된 플라이 애쉬의 평균 입자 크기는 70 ㎛수준이며, PM10 이하의 미세입자의 함유량은 약 14~16% 정도로 나타난다.On the other hand, when the fluid medium of Example 1 is used, the average particle size of the generated fly ash is at the level of 70 μm, and the content of fine particles of PM10 or less is about 14 to 16%.

이는 연소로 운전 중에 발생되는 대부분의 미세입자는 과립형 유동매체에서 해쇄되어 발생되는 (카올린+벤토나이트+팽창진주암) 등의 미립자들이 연소 중에 발생되는 미세먼지들의 상당 부분을 포집하였음과 동시에 미세입자들끼리 응집하였음을 의미한다.This is because most of the fine particles generated during the operation of the furnace are pulverized in a granular fluid medium (kaolin + bentonite + expanded pearl rock), etc. It means that they are agglomerated.

즉, 앞서 설명한 바와 같이 실시예 1의 유동매체는 압축강도를 50% 낮추어 줌으로서 설비의 마모를 저감하고, 비표면적을 약 40배 향상시켜서 연소로 내에 형성되는 가스상 물질과의 반응성을 향상시키고, 포집 기회를 향상시키는 효과를 얻을 수 있음을 도 5를 통하여 확인할 수 있다. 즉, 실시예 1 유동매체는 유동사를 대체할 수 있음과 함께 미세먼지를 효과적으로 포집 및 배출함으로써, PM10을 약 50% 저감하는 효과가 있음을 알 수 있다.That is, as described above, the fluid medium of Example 1 lowers the compressive strength by 50% to reduce wear of equipment, and improves the specific surface area by about 40 times to improve reactivity with gaseous substances formed in the combustion furnace, It can be confirmed through FIG. 5 that the effect of improving the capture opportunity can be obtained. That is, it can be seen that the fluidized medium of Example 1 can replace the flowing sand and effectively collects and discharges fine dust, thereby reducing PM10 by about 50%.

도 6은 동일한 조건 하에 실시예 2 및 비교예 1을 유동매체로 사용한 경우를 비교한 것이다.6 is a comparison of Example 2 and Comparative Example 1 as a fluid medium under the same conditions.

도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 유동매체로 (카올린 + 석탄 비산재 + 벤토나이트 + 팽창진주암)을 조합하여 조립 성형한 과립형 유동매체인 실시예 2를 사용한 경우, 플라이 애쉬의 평균 입자 크기는 약 70 ㎛ 수준이며, 배출된 플라이 애쉬 중에 함유된 PM10의 함유량은 약 12% 수준이다.As can be seen in FIG. 6 , when Example 2, which is a granular fluid medium granulated by combining (kaolin + coal fly ash + bentonite + expanded pearlite) as a fluid medium, is used, the average particle size of fly ash is about 70 ㎛ level, and the content of PM10 contained in the discharged fly ash is about 12%.

즉, 실시예 1의 결과보다 약 10% 더욱 우수한 미세먼지 제거 효과 및 비교예 1의 결과보다 약 60% 향상된 미세먼지 제거 효과를 얻을 수 있었다.That is, it was possible to obtain a fine dust removal effect that was about 10% better than the result of Example 1 and a fine dust removal effect that was about 60% better than the result of Comparative Example 1.

이는 앞에서 사용한 실시예 1의 조합에 다공성이 우수한 석탄 비산재를 더 포함시킴으로써 미세먼지의 포집력을 향상시킬 수 있음을 의미한다.This means that the collection power of fine dust can be improved by further including coal fly ash having excellent porosity in the combination of Example 1 used above.

도 7은 동일한 조건 하에 실시예 3 및 비교예 1을 유동매체로 사용한 경우를 비교한 것이다.7 is a comparison of Example 3 and Comparative Example 1 as a fluid medium under the same conditions.

도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 유동매체로 (카올린 + 제올라이트 + 벤토나이트 + 팽창진주암)을 조합하여 조립 성형한 유동매체인 실시예 3을 사용한 경우, 플라이 애쉬의 평균 입자 크기는 약 160 ㎛ 수준이며, 배출된 플라이 애쉬 중에 함유된 PM10의 함유량은 약 4~6% 수준으로, 실시예 2보다도 더욱 우수한 미세먼지 제거효과를 나타내었다.As can be seen in FIG. 7 , when Example 3, which is a fluid medium granulated by combining (kaolin + zeolite + bentonite + expanded pearlite) as a fluid medium, is used, the average particle size of fly ash is about 160 μm. , the content of PM10 contained in the discharged fly ash was about 4 to 6%, indicating a more excellent effect of removing fine dust than Example 2.

이러한 결과는 실시예 1 및 2의 결과보다도 미세먼지의 저감 효과가 우수한 결과로서 유동층 연소로에서 발생하는 미세먼지를 제거하기 위해서는 카올린과 같이 반응성을 가지는 알루미늄 실리케이트 물질과 비표면적이 우수한 물질을 병용하여 사용하는 것이 효과가 있음을 확인할 수 있다.These results show that the fine dust reduction effect is superior to the results of Examples 1 and 2, and in order to remove fine dust generated in a fluidized bed combustion furnace, a reactive aluminum silicate material such as kaolin and a material having excellent specific surface area are used in combination. You can confirm that using it works.

이러한 실시예 1 내지 실시예 3의 결과를 도 8에 함께 도시하였다.The results of Examples 1 to 3 are shown together in FIG. 8 .

Claims (7)

유동사를 대체할 수 있는 유동층 보일러용 유동매체로서,
상기 유동매체는 유동층 보일러의 연소로에 투입하기 위한 것으로서,
상기 유동매체는 카올린 분말, 팽창진주암 분말 및 벤토나이트 분말을 혼합한 혼합 분말들이 조립된 과립분말들을 포함하며,
카올린 30 중량부 내지 90 중량부;
팽창진주암 1 중량부 내지 20 중량부; 및
벤토나이트 0.1 중량부 내지 10 중량부;
를 포함하고,
과립분말들의 평균 입경은 100 ㎛ 내지 500 ㎛인 과립형 유동매체.
As a fluidized medium for a fluidized bed boiler that can replace fluidized sand,
The fluidized medium is for input to the combustion furnace of the fluidized bed boiler,
The fluid medium includes granular powders in which mixed powders of kaolin powder, expanded pearlite powder and bentonite powder are mixed,
30 parts by weight to 90 parts by weight of kaolin;
1 part by weight to 20 parts by weight of expanded pearlite; and
0.1 parts by weight to 10 parts by weight of bentonite;
including,
A granular fluid medium having an average particle diameter of 100 μm to 500 μm of the granular powder.
제1항에 있어서,
상기 과립형 유동매체는
석탄 비산재 및 제올라이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 5 중량부 내지 30 중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과립형 유동매체.
According to claim 1,
The granular fluid medium is
A granular fluid medium, characterized in that it further comprises 5 to 30 parts by weight of at least one material selected from the group consisting of coal fly ash and zeolite.
제1항에 있어서,
상기 과립형 유동매체의 비중은 1.0 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 과립형 유동매체.
According to claim 1,
The granular fluid medium has a specific gravity of 1.0 to 1.8.
제1항에 있어서,
상기 과립형 유동매체의 압축강도는 10 kgf 내지 25 kgf인 것을 특징으로 하는 과립형 유동매체.
According to claim 1,
The granular fluid medium, characterized in that the compressive strength of the granular fluid medium is 10 kgf to 25 kgf.
카올린 분말 30 중량부 내지 90 중량부, 팽창진주암 분말 1 중량부 내지 20 중량부 및 벤토나이트 분말 0.1 중량부 내지 10 중량부를 혼합하는 단계; 및
상기 혼합된 카올린 분말, 팽창진주암 분말 및 벤토나이트 분말을 평균 입경이 100 ㎛ 내지 500 ㎛가 되도록 조립화 및 성형하는 단계;
를 포함하는 제1항의 과립형 유동매체의 제조방법.
mixing 30 parts by weight to 90 parts by weight of kaolin powder, 1 part by weight to 20 parts by weight of expanded pearlite powder, and 0.1 parts by weight to 10 parts by weight of bentonite powder; and
granulating and molding the mixed kaolin powder, expanded pearlite powder and bentonite powder to have an average particle diameter of 100 μm to 500 μm;
The method of claim 1, comprising a granular fluid medium.
제1항의 과립형 유동매체를 연료 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 2.0 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소로 운전방법.
The method of operating a fluidized bed combustion furnace, characterized in that 0.01 to 2.0 parts by weight of the granular fluid medium of claim 1 is used based on 100 parts by weight of fuel.
제6항에 있어서,
상기 유동층 연소로의 백 필터(bag filter)에서 포집되는 플라이 애쉬의 평균 입자 크기는 60 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 유동층 연소로 운전방법.
7. The method of claim 6,
The fluidized bed combustion furnace operating method, characterized in that the average particle size of the fly ash collected in the bag filter of the fluidized bed combustion furnace is 60 ㎛ or more.
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