KR102513233B1 - 고령토의 할로이사이트 특성을 이용한 발전소 첨가제 및 그 이용방법 - Google Patents

고령토의 할로이사이트 특성을 이용한 발전소 첨가제 및 그 이용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 석탄 및 바이오메스를 연료로 사용하는 유동층 보일러 내부 및 튜브표면 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제는 국내 산청지역에 분포되어 Al2O3 29 ~ 36 wt%, SiO2 45 ~ 53 wt%, CaO 성분이 1~5 wt% 성분 범위를 갖는 있는 고령토 원광을 건조한 후 분쇄하여 250 ~ 350 mesh 범위의 분말을 연료 사용량의 2 ~ 5 wt% 범위로 사용하여 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상을 억제하도록 적용되는 연소 첨가제를 특징으로 한다.
본원 기술로 제공되는 연소 첨가제는 바이오매스 또는 폐기물 연소 시 발생되는 K2SO4, NaCl, Na2SO4 중에서 선택되는 저융점 화합물을 흡착하여 2K·Al·SiO4 의 고융점 화합물로 변화시켜 애쉬 형태로 포집시키도록 적용되는 원리가 이용되는 연소 첨가제로 평균입자크기 <3um, 첨가제 비표면적 >50m^/g, 현장실증 규모 >1t/d, 파울링 부착량 50%감소, 클링커 강도 50% 감소효과를 제공하며 보일러 내부와 전열면, 튜브표면에 발생하는 슬래그를 방지하기 위한 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제로 사용될 수 있다.

Description

고령토의 할로이사이트 특성을 이용한 발전소 첨가제 및 그 이용방법{Method for Preventing Corrosion of Power Plant Using Halloysite Kaolin Raw Ore}
본 발명은 석탄 및 바이오메스를 연료로 사용하는 유동층보일러의 경우 연료연소 시 산화물로 발생되는 무기물 성분의 재(ash)가 보일러 내부 및 튜브표면에 세미리퀴드(Semiliquid) 상태로 부착되는 것을 방지하기 위하여 국내 산청지역에 분포되어 있는 고령토 원광을 건조한 후 분쇄하여 250 ~ 350 mesh 범위의 분말을 연료 사용량의 2 ~ 5 wt% 범위로 사용하여 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상을 억제하도록 적용되는 연소 첨가제 관련 기술이다.
21세기는 신재생에너지 시대로 태양광, 풍력, 지열 등 신에너지 설비가 급증하면서 우리 앞에 놓인 에너지 환경은 매우 유동적이라 할 수 있다.
신재생에너지 의무할당제와 CO2 배출규제 확대, 천연가스 사용량 증가, 유가 변동 등 변화하는 국제환경 속에서 안정적으로 에너지를 공급받는 것이 절실하다.
재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 바이오매스, 하수 슬러지, 가축 분뇨 기반의 연료까지 사용이 늘어나는 추세다. 최근 정부에서는 해외에서 수입되는 대용량 석탄화력 발전 혼합연소(혼소)용 우드펠릿보다는 국내산 바이오매스 활용을 유도하고 있다.
연료 다변화에 따른 에너지 플랜트에서 운전장애 원인물질은 재(Ash) 성분으로 연료에 따라 다른 모습을 띠는 재 성분은 보일러 안에서 여러 가지 문제를 일으키는데 재 성분으로 인한 대표적 운전장애 요인으로 슬래깅과 파울링이 있다.
슬래깅(Slagging)은 끓는 물이 지나가는 보일러 전열관 바깥쪽에 재 성분이 달라붙어 발생한 열에너지를 빼앗아가는 현상이고 파울링(Fouling)은 재 성분 중 일부가 고온 조건에서 증발된 후, 저온 영역에서 전열관 표면에 달라붙는 현상을 말하는데 이용가능성이 높아지고 있는 풀짚, 볏짚 같은 초본계 바이오매스와 폐비닐, 폐목재 등은 슬래깅과 파울링 현상이 발생하기 쉬운 에너지원이다.
또한 바이오메스 연료에 함유되어 있는 알카리성 금속 중 칼륨(K)이나 나트륨(Na)등의 성분은 고온의 연소과정에서 염소(Cl), 인(P), 삼산화황(SO3)과 반응하여 KCl, K2SO4, Na2SO4 등의 알카리 금속화합물을 생성하여 무기물성분과 결합되어 보일러 내에 대류가 일어나는 부분과 튜브 표면에 부착되여 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상을 일으켜 퇴적층을 형성시키는 원인이 된다.
이 성분들은 특히 녹는 온도가 낮아 무기물성분과 용융상태로 결합하여 튜브나 보일러 내부에 클랭크를 형성하여 튜브를 부식시키거나,또는 슈퍼히터(Super heat)의 온도를 낮추므로 열효율을 저감시키고, 드래프트로스(Draft Loss)와 스텍(Stack)의 온도를 증가시켜 플랜트 전체의 성능의 영향을 미치며, 프라이머리 슈퍼히터(Primary Superheater)와 이코노마이저(Economizer)등에 세미리쿼드(Semiliquid)상태의 퇴적층을 형성하여 튜브 간의 공간을 줄이고 파울링(Fouling) 및 플러그(Plug)를 일으키며, 내화성 버너 쓰로트(Throat)에 융점이 낮은 성분의 GAS가 확산되어 슬래그 퇴적물과 내화물질의 서로 다른 팽창율로 인하여 쓰로트(Throat) 부위에 균열이 반복적으로 일어나 쓰로트(Throat)의 파손이 일어난다.
상기 요인으로 인하여 발전소의 연속적인 발전이 불가능해지고, 유지보수 비용이 증가하며 설비의 수명을 단축시키는 등 경제적 손실을 증가 시키는 원인이 되므로 석탄 또는 바이오메스를 연료로 사용하는 유동층 보일러 내부 및 튜브 표면에 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상을 억제하기 위한 연소 첨가제가 요구되어 왔다.
상기와 같은 숙제를 해결하기 위해 개시된 종래의 선행 기술들을 살펴보면서, 한국등록특허 제10-1542076호 "고체연료의 연소 첨가제 조성물 및 이의 이용방법"에서는 물 100 중량부에 대하여, 구리 전구체 0.1~20중량부, 마그네슘 전구체 10~300 중량부를 포함하는 고체연료의 연소첨가제 조성물을 제시하고 있고, 한국등록특허 제10-0642146호 "내한성 향상 및 슬래그 방지와 클링커가 효과적으로 제거되는 연료 첨가제 조성물"에서는 수용성 용매 30~86.98 중량%, 연속촉진제 5~20 중량%, 안정화제 0.01~5중량%, 알칼리금속화합물 5~25중량%, 금속화합물 0.01~5중량% 및 계면활성제 화합물 3~15중량%를 포함하는 연료 첨가제 조성물을 제시하고 있으며, 한국등록특허 제10-1586430호 "펠렛과 석탄 연료 및 소각용 폐기물의 연소율 향상을 위한 연료 첨가제 조성물"에서는 소듐 실리케이트 100중량부에 대하여 과산화수소 5~15중량부, 수산화나트륨 30~45중량부, 붕사 1~10중량부, 산소수 10~50중량부, 글리세롤 2~5중량부, 지방산 에스테르 1~3중량부, 계면활성제 2~5중량부, 세라믹볼 10~30중량부로 이루어진 연료 첨가제 조성물을 제시하고 있다.
그러나, 상기의 기술들은 모두 액상 형태의 첨가제로서 화력발전소 보일러에 투입시 작업성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
또한 국내의 영동화력 발전소 1호기 (125MW급)에서는 2017년부터 바이오매스로 전환하여 운영하고 있으며 2020년 후반기에는 영동화력 발전소 2호기 (200MW급)에서 바이오매스 발전소로 전환을 시도하고 있으며 발전소용 연소촉매제를 사용 중이나 대부분 수입제품에 의존하고 있고 수입되는 첨가제의 가격이 비싸 범용적이지 못한 문제점을 갖고 있어서 저렴한 비용으로 공급될 수 있는 연소 첨가제가 요구되어 왔다.
본 발명은 국내산 고령토의 할로이사이트 특성을 이용한 발전소 첨가제를 제공하여 슬래깅(Sdlagging) 또는 파울링(Fouling) 현상의 원인 물질인 저융점 알카리 금속화합물을 흡착하고 고온에서 분말형상으로 유지되는 고융점의 다공성 유, 무기화합물 흡착기능을 갖는 고체상태의 연소첨가제를 제공하되, 산청지역에서 산출되는 고령토 원광의 특성을 이용하여 건조된 고령토 분말이 바이오매스 기반 원료 사용시 원료 사용량의 2~5 중량%의 첨가제로 사용되어 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상을 억제하도록 사용되는 연소 첨가제를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.
고령토는 가장 흔한 점토광물 가운데 하나로 카올린 (kaolin), 고릉토, 백도토(白陶土: china clay) 등 다양한 명칭으로 불리우나 국내 경상도 산청지역에서 생산되는 고령토는 카올리나이트(kaolinite, Al2O3 ·2SiO2 ·2H2O)와 할로이사이트 (halloysite, Al2O3 ·SiO2 ·4H2O)가 주종을 이루며, 나크라이트 (nacrite)와 딕카이트 (dickites)의 형태로도 드물게 산출된다.
고령토 광물은 사면체 (tetrahedral)과 팔면체 (octahedral) 자리에서 치환이 일어나지 않아 이론적인 결정구조식인 Al4Si4O10(OH)8에서 크게 벗어나지 않는 SiO2 46.54 %, Al2O3 39.50 %, H2O 13.96 %에 근접하는 화학조성을 갖는다.
할로이사이트는 침상형의 결정 구조를 이루며 내부에 H2O가 함축된 구조로 550℃ 이상의 고온으로 가열되면 탈수작용이 일어나면서 비표면적이 넓어지고 이온 흡착에 적합한 성질을 가진다.
본원 출원인 낙우산업은 미분탄 보일러 및 순환유동층 보일러 연소로의 이코노마이저 배관 외부 슬래그 제거 및 미세먼지 저감을 위한 복합 세라믹 첨가제를 생산하여 왔는바 경상도 산청지역에 많이 산출되고 있는 지역 특산광물이 고령토를 활용하여 바이오매스 기반 원료 사용 시 원료 사용량의 일정 함유비율로 첨가되는 첨가제로 사용되어 보일러 내부와 전열면, 튜브표면에 발생하는 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상을 억제하는 연소첨가제의 가능성을 찾는 과정에서 본원 발명을 완성하기에 이르렀다.
본원 기술사상은 바이오메스나 폐비닐를 원료로 사용하는 발전소의 에코노마이져의 튜브에 발생하는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제로, 국내 산청지역에 분포되어 Al2O3 29 ~ 36 wt%, SiO2 45 ~ 53 wt%, CaO 성분이 1~5 wt% 성분 범위를 갖는 있는 고령토 원광을 건조한 후 분쇄하여 250 ~ 350 mesh 범위의 분말을 연료 사용량의 2 ~ 5 wt% 범위로 사용하여 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상을 억제하는 기능을 갖는 사실을 확인하여 완성된 발명이다.
본원 기술이 적용되는 연소 첨가제는 국내 산청지역에서 산출되는 고령토 원광을 이용하여 바이오매스 또는 폐비닐, 폐목재 연소 시 발생되는 K2SO4, NaCl, Na2SO4 중에서 선택되는 저융점 화합물을 흡착하여 2K·Al·SiO4 의 고융점 화합물로 변화시켜 애쉬 형태로 포집시키도록 적용될 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.
본원 기술로 제공되는 고령토 원광을 이용하여 제공되는 연소 첨가제는 보조첨가제가 추가되어 사용될 수 있는바, 연소 첨가제 100 중량부 기준에 붕사(Borax), 산화알루미늄(Aluminum Oxide), 규산칼륨(Potassium Silicate) 중에서 선택되는 보조첨가제가 10 ~ 15 중량부 범위로 추가되어 사용될 수 있다.
따라서 본원 기술사상은 바이오메스나 폐비닐, 폐목재 등을 원료로 사용하는 발전소의 에코노마이져의 튜브에 발생하는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제의 제조방법으로서, Al2O3 29 ~ 36 wt%, SiO2 45 ~ 53 wt%, CaO 성분이 1~5 wt% 성분 범위를 갖는 고령토 원광을 평균온도 250±50℃ 범위에서 1.5~2.5 시간 범위로 건조 후 건조된 고령토 원광을 분쇄하여 250 ~ 350 mesh 범위의 연소 첨가제를 얻어서 바이오메스나 폐비닐, 폐목재를 원료로 사용하는 발전소의 연료 사용량의 2~5% 범위로 사용되는 연소첨가제를 얻을 수 있다.
또한 본원은 바이오메스나 폐비닐를 원료로 사용하는 발전소의 에코노마이져의 튜브에 발생하는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제의 이용방법으로서, Al2O3 29 ~ 36 wt%, SiO2 45 ~ 53 wt%, CaO 성분이 1~5 wt% 성분 범위를 갖는 고령토 원광을 평균온도 250±50℃ 범위에서 1.5~2.5 시간 동안 건조시킨 고령토 원광을 분쇄하여 250 ~ 350 mesh 범위의 분말로 제공되는 연소 첨가제를 연료 사용량의 2 ~ 5 wt% 범위로 사용되어 바이오매스 또는 폐비닐, 폐목재 등의 연소 시 발생되는 K2SO4, NaCl, Na2SO4 중에서 선택되는 저융점 화합물을 흡착하여 2K·Al·SiO4 의 고융점 화합물로 변화시켜 애쉬 형태로 포집시키도록 적용되는 원리가 사용되는 연소 첨가제의 이용방법으로 적용될 수 있다.
본원 기술사상은 고령토 원광을 250±50℃의 온도영역에서 1.5~2.5 시간 동안 건조시킨 할로이사이트를 분쇄함으로써 제조되는 고령토 분말이 바이오매스 기반 원료 사용시 원료 사용량의 2~5 중량%의 첨가제로 사용되는 경우 보일러 내부에서 550℃의 고온 상태에 이르면 탈수작용이 일어나면서 비표면적의 증가 및 이온 흡착에 적합한 상태가 되며 보일러 내부와 전열면, 튜브표면에 발생하는 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상을 억제하는 효과를 확인하여 완성된 발명으로, 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제는 평균입자크기 <3um, 첨가제 비표면적 >50m/g, 현장실증 규모 >1t/d, 파울링 부착량 50%감소, 클링커 강도 50% 감소효과를 제공하며 보일러 내부와 전열면, 튜브표면에 발생하는 슬래그를 방지하기 위한 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제로 제공될 수 있다.
본원 기술의 구체적인 실시양태는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용란에서 상세하게 설명된다.
본 발명에서는 국내 풍부한 매장량을 갖고 있는 지역특산물이 고령토 광물 특성을 활용하여 현재 대부분 수입에 의존하고 있는 연소 첨가제를 대체하는 효과를 제공한다.
경남 산청지역은 고령토 광물이 풍부하게 매장되어 있고, 출원인 낙우산업㈜는 고령토 및 Halloysite 정제 및 분쇄, 복합 비금속광물 정제물 제조 등의 기술력을 확보하고 있어서 현재 다양한 연구를 통해 고령토의 특성을 활용한 기능성 소재의 원료로 개발된다면 지역의 특화된 자원으로서 다양한 활용도와 수입대체 효과를 가져올 것으로 기대된다.
본원 기술로 제공되는 연소첨가제는 입도 크기가 250 ~ 350 mesh의 분말로 되어 있어 연료 투입 시 일정 비율로 연소로에 직접 분사 투입하여 사용하는 화력발전소의 경우 석탄보다 바이오메스 연료에 다량 함유되어 있는 칼륨(K), 염소(CL), 인(P)등의 성분이 연소 시 gas 상태로 유, 무기물 성분과 결합하여 ash상태로 포집시키는 효과를 갖는다.
본원 기술로 제공되는 연소 첨가제는 바이오매스 또는 폐기물 연소 시 발생되는 K2SO4, NaCl, Na2SO4 중에서 선택되는 저융점 화합물을 흡착하여 2K·Al·SiO4 의 고융점 화합물로 변화시켜 애쉬 형태로 포집시키도록 적용되는 원리가 이용되는 연소 첨가제로 평균입자크기 <3um, 첨가제 비표면적 >50m^/g, 현장실증 규모 >1t/d, 파울링 부착량 50%감소, 클링커 강도 50% 감소효과를 제공하며 보일러 내부와 전열면, 튜브표면에 발생하는 슬래그를 방지하기 위한 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제로 제공될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1 : 본 발명에사 주원료로 사용되는 하소된 Halloysite의 결정구조를 촬영한 사진도
도 2 : 본원 기술로 제공되는 건조된 고령토(할로사이트)인 알루미노실리케이트가 KCl을 포집하여 칼실라이트(KAlSiO4)로 변환시키는 사실을 나타내는 Major K Species 분석자료의 사진도.
도 3 : 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 전과 사용 후의 Major K Species 비교 분석그래프.
도 4 : 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 전과 사용 후의 바텀애쉬 성분분석 비교표
도 5 : 본원기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 후의 슈퍼히터와 이코노마이저 튜브의 사진도
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다.
본원 기술사상은 경남 산청에서 지역 특산물로 산출되는 고령토의 특성을 활용하여 석탄 및 바이오메스를 연료로 사용하는 유동층보일러의 경우 연료연소 시 산화물로 발생되는 무기물 성분의 재(ash)가 보일러 내부 및 튜브표면에 세미리퀴드(Semiliquid) 상태로 부착되는 것을 방지하기 위한 연소 첨가제로의 활용가능성을 찾는 과정에서 완성된 것이다.
본원은 바이오메스나 폐비닐를 원료로 사용하는 발전소의 에코노마이져의 튜브에 발생하는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제의 제조실시예는 아래와 같이 건조 된 고령토(Halloysite) 제조 실시양태는 경남 산청지역에서 산출되는 고령토는 채광장소에 따라 다소 차이가 있으나 아래와 같은 함량 범위로 제공되고 있는 고령토 원광이 이용되었는바, Al2O3 29 ~ 36 wt%, SiO2 45 ~ 53 wt%, CaO 성분이 1~5 wt% 성분 범위를 갖는 고령토 원광을 평균온도 250±50℃ 범위에서 1.5~2.5 시간 동안 건조시켜 건조된 고령토 원광을 얻고, 건조된 고령토 원광을 분쇄하여 200 ~ 325 mesh 범위의 연소 첨가제를 얻도록 적용될 수 있다.
상기 실시양태를 통하여 얻는 건조된 고령토(Halloysite)의 결정구조를 촬영한 사진도를 도 1에 나타 내었는바, 본원 발명자는 경남 산청에서 산출되는 고령토 원광을 250℃, 300℃, 350℃의 온도영역에서 1.5~2.5 시간 동안 건조시키고 300 mesh 입도 크기로 선별된 미세분말의 결정구조를 얻었고 도 1에 제시된 사진도는 300℃ 영역에서 건조된 고령토(Halloysite)원료의 결정구조를 사진도로 나타낸 것으로 도 1a에서는 건조된 고령토(할로사이트) 분말을 100nm 확대경 크기로 촬영한 사진도이고 도 1b에서는 건조된 고령토(할로사이트) 분말을 50nm 확대경 크기로 촬영한 사진도로 나타낸 것이며, 도 1c에서는 건조된 고령토(할로사이트) 분말이 높은 비표면적을 가지며 알루미노실리케이트가 HNT 구조를 가지고 있어 100㎡/g 이상의 높은 비표면적을 갖고 HNT 안쪽에 H2O로 채워져 있다가 고열로 가열 시 결정수가 증발하여 가스를 흡착하기에 충분한 공간을 확보할 수 있는 결정구조를 나타내는 사진도이다.
도 2는 본원 기술로 제공되는 건조된 고령토(할로사이트) 분말인 알루미노실리케이트가 KCl을 포집하여 칼실라이트(KAlSiO4)로 변환시키는 사실을 나타내는 Major K Species 분석결과 사진도를 나타낸 것이다.
상기 건조된 고령토(할로사이트) 분말은 바이오매스 연료 사용량 전체 중량에 대하여 2 내지 5 중량%로 첨가될 수 있는바, 건조된 고령토(할로사이트) 분말은 100㎡/g 이상의 높은 비표면적을 갖고 바이오매스 연료에 포함되어 사용되는 경우 KCl을 포집하여 칼실라이트(KAlSiO4)와 루사이트(KAlSi2O6)로 변환시키고 또한 KAlSi3O8등 보다 복잡한 규산 알루미늄 칼륨을 생성하는 것이 검출되기도 하였는바 도 2는 건조된 고령토(할로사이트) 분말이 100㎡/g 이상의 높은 비표면적을 갖는 알루미노실리케이트로 바이오매스 연료 사용량의 3wt%로 포함되어 사용되는 경우 KCl을 포집하여 칼실라이트(KAlSiO4)로 변환시키는 사실을 확인하여 Major K Species 분석자료의 사진도를 나타낸 것이다.
(실시예)
경남 산청에서 산출되는 고령토 원광을 250±50℃를 유지하는 소성로에서 120분 건조시켜 제공된 고령토(할로이사이트)를 300mesh 체로 분류 선별한 건조된 할로이사이트로 도 1a, 도 1b에 제시되는 결정구조를 갖는 건조된 고령토(할로이사이트)를 준비하였다
(시험예)
a. 실험조건
상기 실시예에서 제조된 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 보일러가 연소되고 있을 때나 또는 연소가 끝난 후에 주입하여 실험하고자 하였으며 주입방법은 분탄 보일러에서 경탄을 연소시킬 때 상단에 설치된 스프레이 분사노즐을 통해 상기 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 총사용 연료대비 2 ~ 5w% 단위로 주입하였다.
상기 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제의 영향력을 평가하기 위해, 시험방법으로 사용한 측정방법은 참고사례와 시험상황에서 열효율 Ψz 비율이다.
본 발명에서 열효율 Ψz 비율은 하기 식 1로 계산된다.
Figure 112020131780635-pat00001
상기 식 1에서, cmP는 본 발명에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제 사용한 경우 애쉬에서 측정된 오염물 인자이고, cmW는 상기 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 사용하지 않은 경우 애쉬에서 측정된 오염물 인자로서,cmP 및 cmW는 하기 식 2로부터 계산된다.
Figure 112020131780635-pat00002
Ash에서 슬래그가 발생하는 경향을 파악하는 또 다른 지표는 SR 비율이며, 연료 중에 무기물 성분이 65 미만일 때 재가 발생하는 경향이 매우 높은 것으로 간주한다.
SR 비율을 보면 슬래그 점도도 알 수 있으며, SR 비율이 크면 슬래그 점도가 높으며, 따라서 슬래그가 발생하는 경향이 낮아진다. SR은 하기 식 3으로부터 계산된다.
Figure 112020131780635-pat00003
b. 시험결과
가) 연료특성
시험에 사용된 연료의 특성을 하기 표 1에 수록하였다.
시료
성분		 단위 1차시험 : 경탄(W1) 2차시험 : 경탄(W3)
LHV Qr kj/k 25/107 27/917
재 성분 ％ 18.3 13.8
휘발성 물질 성분 ％ 34.1 32.0
수분 함량 ％ 3.1 1.9
탄소 함량 ％ 65.1 73.0
수소 함량 ％ 4.00 4.29
질소 함량 ％ 1.08 1.16
황 함량 ％ 0.59 0.55
산소 함량 ％ 7.46 5.03
염소 함량 ％ 0.362 0.270
나) 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제 사용후 Ash의 변화연소 시 퇴적물이 생기는 원인은 연료에 염소가 함유되었기 때문이다.
염소의 일부는 연소가 되는 동안에 휘발성이 있는 염화칼륨(KCl)이나 염화수소(HCl)와 같이 기체 형태로 방출되고, 나머지 일부는 소결된다. 또한 공기의 과잉공급으로 인하여 온도가 낮아지면 비산재에 존재하는 염이 세미리퀴드(Semiliquid)상태로 형성되며 그에 따라 보일러 전열면에 퇴적물이 늘어나게 된다.
Ash의 화학적 성분 비교분석은 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 주입하는 동안에 채집한 Ash(P) 시료의 경우 유동 (및 용융)온도 증가에 상응하는 석탄의 Ash(W) 시료와 비교했을 때 염소 함량이 감소하고 있음을 알 수 있다.
도 3은 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 전과 사용 후의 Major K Species 비교 분석그래프를 나타낸 것으로, 본원 연소첨가제가 사용되기 전의 Major K Species 에서는 800℃ 이상 고온에서 K, KOH, KCl 등이 높게 나타나는 사실을 확인할 수 있는 반면에 본원 연소첨가제가 사용된 후에는 KAlSi2O6(s)로 변경된 것을 확인 할 수 있다.
Figure 112020131780635-pat00004
또한 도 4는 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 전과 사용 후의 바텀애쉬 성분분석 비교표를 나타낸 것으로, 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 전 바텀애쉬의 성분은 평균적으로 O 36.48wt%, Na 0.77wt%, Mg 3.59wt%, Al 1.84wt%, Si 24.09wt%, P 1.72wt%, S 0.14wt%, K 10.37wt%, Ca 17.59wt%, Fe 3.42wt%로 분석되었으나 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 후 바텀애쉬의 성분은 O 24.17wt%, Mg 2.39wt%, Al 15.44wt%, Si 22.33wt%, P 0.67wt%, K 28.38wt%, Ca 2.10wt%, Ti 0.50wt%, Fe 4.03wt%로 분석된 결과에서 확인할 수 있듯이 파울링의 원인이 되는 K의 함량이 10.37 M wt%에서 28.38 M wt%로 크게 늘어 본원 하소된 Halloysite계 첨가제가 저융점 알칼리 성분과 융합해 바텀 애쉬로 넘어온 것을 알 수 있다
도 5는 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 후의 슈퍼히터와 이코노마이저 튜브의 사진도를 나타낸 것으로 슈퍼히터와 이코노마이저 튜브에 엉겨붙어 파울링(Fouling) 현상 유발하던 것이 억제되어 깨끗한 상태를 유지하는 결과를 확인할 수 있었다.
하기 표 3은 본원 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 투입한 경우에 채집한 Ash(P)의 성분과, 상기 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제 없이 연료(석탄)만 투입한 경우에 채집한 Ash(W)의 화학적 성분을 표 2에 수록하였다.
구성 단위 1차시험: 참고사례 2차시험: LSW100
재(W1) 재(W2) (P1) (P2) (P3) (P4)
이산화규소(SiO2) ％ 50.2 49.5 50.9 53.3 51.9 50.5
철(Fe2O3) ％ 9.11 8.93 7.98 7.76 6.91 7.53
알루미늄(Al2O3) ％ 18.9 19.0 18.6 18.4 20.80 19.8
망간(Mn3O4) ％ 0.18 0.19 0.17 0.16 0.13 0.15
티탄(TiO2) ％ 0.85 0.85 0.83 0.82 0.87 0.90
칼슘(CaO) ％ 6.67 6.87 5.15 4.96 4.71 5.28
마그네슘(MgO) ％ 4.42 4.39 3.83 3.69 3.40 3.64
황(SO3) ％ 4.86 5.59 0.56 0.47 0.37 0.50
인(P2O5) ％ 0.28 0.38 0.28 0.26 0.20 0.28
나트륨(Na2O) ％ 1.53 1.43 1.25 1.14 0.81 1.00
칼륨(K2O) ％ 2.24 2.18 2.27 2.32 2.42 2.31
바륨(BaO) ％ 0.21 0.20 0.13 0.12 0.13 0.14
스트론튬(SrO) ％ 0.06 0.08 0.06 0.05 0.04 0.06
염소(Cl) ％ 0.04 0.03 0.047 0.041 0.018 0.028
탄산염(CO2) ％ 0.70 0.39 0.11 0.07 0.10 0.09
환원공기
온도변형으로써 DT ℃ 1170 1180 1180 1190 1190 1180
온도 구체로써 ST ℃ 1190 1200 1200 1200 1240 1230
온도 반구로써 HT ℃ 1230 1240 1250 1270 1280 1260
온도 흐름으로써 FT ℃ 1250 1270 1480 1310 1290 1300
표 2을 참조하여 본원 기술이 적용된 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제의 투입결과를 살펴보면 본원 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제 주입 시 생성되는 침전물은 Al2O3와 SiO2로 구성된 규산알루미늄 함량이 더 높은 특징을 나타낸다.
또한 산화철 성분이 적은 Ash 퇴적물에서 이산화규소 함량이 높으면 높을수록 Ash의 점도가 증가하고, 이에 따라 슬래그 발생 가능성은 감소한다.
한편 Ash의 슬래그 발생 가능성을 결정하는 또 다른 중요한 변수는 산화철이다. 철 함량이 높아지면 Ash의 점도는 낮아지고 퇴적물이 늘어나는 경향이 있는바예컨대, Fe2O3가 6% 미만일 경우 Ash에서 슬래그가 발생하는 비율이 낮아진다.
즉, Ash 시료의 산화철 함량을 근거로 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 보일러에 공급하였을 때 생성된 Ash는 Fe2O3 성분이 적으므로 첨가제가 없는 석탄을 연소 했을 때 생성된 Ash에 비해 슬래그 발생 가능성이 감소함을 알 수 있다.
다음으로, 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제 사용 시 슬래그 생성에 미치는 영향을 살펴본다.
하기 표 3은 Ash의 오염물 지표를 나타낸 것이다.
Ash Sample Selected indicators
mp, Pas SR cm ψzP/ψzW
W1
W2
P1
P2
P3
P4		 4.05×104
2.47×104
1.95×105
2.53×105
2.63×105
2.01×105		 71.3
71.0
75.0
76.4
77.5
75.4		 0.347
0.349
0.295
0.278
0.251
0.281		 1.00
1.00
1.06
1.08
1.12
1.08
표 3에 보는 바와 같이, 본원 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 보일러에 주입하였을 때 mp 수치는 더 커볐고 슬래그가 생성되는 경향은 줄었다.
Ash 슬래그 발생 경향을 나타내는 지표는 SR로서, 무기물 연료에서 SR 값이 65 미만이면 슬래그가 많이 발생하는 것으로 간주되는바 본원 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 주입한 경우에는 주입하지 않는 경우보다 SR 수치가 증가하는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 연소 시 보일러 첨가제로 사용할 경우 보일러 효율이 향상되는 것으로 나타나는바, 상세하게는 본원 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 주입한 동안의 열교환 효율은 경탄만 사용한 경우 보다 6~12% 더 향상되었다.
종합하면, 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제의 사용효과는 다음과 같다.
1) 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제의 융점은 약 1900 ℃ 이상이므로, 노내 가스 온도에서 소결되지 않으며, 250~325 mesh 분말로 공급이 가능하여 연소로 분사 투입이 가능하다.
2) 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 사용함으로써, 슬래그 및 오염물질 감소 효과를 나타내는바 슬래그 발생 지표들(cm, SR)을 분석한 결과 석탄 연소 시 발생되는 슬래그와 생성을 억제한다.
3) 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 사용함으로써 슬래그의 생성을 감소시켜 열전달 효율을 6~12%정도 향상시킬 수 있다.
4) 상기 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 사용함으로써, 연소 시 세미리쿼드(Semiliquid) 상태의 슬래그가 생성되지 않아 Ash의 유동은 증가하지만 연소 시 발생되는 환경 오염물질(SO3, CO2, Acid-smutemd 등)을 흡착하여 배출량을 감소시키므로 환경오염 방지효과를 가진다.
5) 생산 효율성 증가 효과를 갖는바 연소반응으로 생성된 바나듐 화합물인 V205와 니켈, 황, 철 등과 결합하여 세미리퀴드(Semiliquid) 상태로 쓰로트(Throat), 튜브, 에어브로아(Air Blower), 연소로 벽면에 파울링(Foulig)과 플러그(Plug)를 생성하므로 이를 제거하기 위하여 석탄, 바이오메스, 비닐계열 소재에 따라 다소 차이는 있으나, 주기적(1개월 ~ 1년)으로 파울링(Foulig)과 플러그(Plug)를 제거 하여야 하므로 연속 생산을 할 수 없는 문제점을 해결 할 수 있다.
6) 설비 부식방지 효과로 세미리퀴드(Semiliquid) 상태의 바나듐(V205) 물질이 보일러 버너 쓰로트(Throat), 튜브, 에어브로아(Air Blower), 연소로 벽면 등에 V205 화합물이 파울링(Foulig)과 플러그(Plug) 상태로 적층되고, SO3가 수분과 반응하여 생성된 황산증기로 응축되어 부식을 가속화 시키는데 본원 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 사용함으로써 Ash의 성질을 변화시키므로 Ash를 이용한 시멘트 등의 소재로 활용 할 수 있다.
특히 본원 실시예에 따른 바이오매스 연료형 보일러의 첨가제를 첨가하면 바이오메스 저장 취급 시 주의해야 할 부분인 진균독(Mycotoxins) 발생을 방지 할 수 있다.
또한 본원 연소첨가제에는 사용대상 원료 특성에 따라 보조첨가제가 추가되어 사용될 수 있는바, 예를 들면 붕사(Borax) 분말이 연소첨가제 100 중량부 기준에 10 ~ 15 중량부 범위로 포함되어 사용될 수 있는바, 상기 붕사는 백색의 결정성 무기광물로서, 보일러 내의 그을음(soot) 및 클링커(clinker)를 효과적으로 제거하여 열전도율을 높이며, 내부 표면부식을 방지하기 위해 첨가될 수 있다.
또한 산화알루미늄(Aluminum Oxide) 분말은 5 ~ 10 중량부 범위로 포함되어 사용되는 경우 탈수촉매로서 기능하며, 반응성이 강하고, 흡착성이 높아 융착물 형성을 억제하고, 고형물 발생을 줄이는데 기여하도록 사용될 수 있다.
또한 규산칼륨(Potassium Silicate) 분말은 10 ~ 15 중량% 범위로 포함되어 사용될 수 있는바, 규산칼륨은 알카리를 활성화시켜 세척력을 강화시키기 위해 첨가되어 알카리금속(Na, K)과 알카리토금속(Ca, Mg) 혼합물이 재에 포함되어 있을 경우 점성이 낮은 상태로 용해시키므로 커다랗게 덩어리화되는 것을 억제하도록 사용될 수 있다.
이상에 기재된 본원 기술사상의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 발명의 구현양태를 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하며 본원에 포함된 기술사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본원에서 도 1은 본원 발명에서 주원료로 사용되는 하소된 Halloysite의 결정구조를 촬영한 사진도를 나타낸 것이고, 도 2는 하소된 고령토(할로사이트) 분말의 물성을 나타낸 사진도이며 도 3은 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 전과 사용 후의 Major K Species 비교 분석그래프를 나타낸 것이며. 도 4는 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 전과 사용 후의 바텀애쉬 성분분석 비교표를 나타낸 것이고, 도 5는 본원 기술로 제공되는 연소 첨가제 사용 후의 슈퍼히터와 이코노마이저 튜브의 사진도를 나타낸 것이므로 별도의 부호 설명은 필요없다 할 것이다.

Claims (5)

  1. 바이오메스나 폐비닐를 원료로 사용하는 발전소의 에코노마이져의 튜브에 발생하는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제에 있어서,
    국내 산청지역에 분포되어 Al2O3 29 ~ 36 wt%, SiO2 45 ~ 53 wt%, CaO 성분이 1~5 wt% 성분 범위를 갖는 있는 고령토 원광을 250±50℃ 온도영역에서 1.5~2.5 시간 범위로 건조시켜 침상형 결정구조를 갖는 할로이사이트를 얻고 이를 분쇄하여 250 ~ 350 mesh 범위의 할로이사이트 분말을 얻으며, 할로이사이트 분말을 연료 사용량의 2 ~ 5 wt% 범위로 사용하여 슬래깅(Slagging) 또는 파울링(Fouling) 현상을 억제하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 연소 첨가제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 250 ~ 350 mesh 범위로 제공되는 할로이사이트 분말을 이용하여 바이오매스, 폐비닐, 폐목재 중에서 선택되는 연료의 연소 시 발생되는 K2SO4, NaCl, Na2SO4 중에서 선택되는 저융점 화합물을 흡착하여 2K·Al·SiO4 의 고융점 화합물로 변화시켜 애쉬 형태로 포집시키도록 적용되는 것을 특징으로 하는 연소 첨가제.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 침상형 결정구조를 갖는 할로이사이트를 분말을 이용하여 제공되는 연소 첨가제 100 중량부 기준에 붕사(Borax), 산화알루미늄(Aluminum Oxide), 규산칼륨(Potassium Silicate) 중에서 선택되는 보조첨가제가 10 ~ 15 중량부 범위로 추가되어 사용되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 연소 첨가제.
  4. 바이오메스나 폐비닐이나 폐목재를 원료로 사용하는 발전소의 에코노마이져의 튜브에 발생하는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제의 제조방법에 있어서,
    Al2O3 29 ~ 36 wt%, SiO2 45 ~ 53 wt%, CaO 성분이 1~5 wt% 성분 범위를 갖는 고령토 원광을 평균온도 250±50℃ 온도영역에서 1.5~2.5 시간 범위로 건조시켜 침상형 결정구조를 갖는 할로이사이트를 얻고 이를 분쇄하여 250 ~ 350 mesh 범위의 연소 첨가제를 얻도록 적용되는 것을 특징으로 하는 연소 첨가제의 제조방법.
  5. 바이오메스나 폐비닐를 원료로 사용하는 발전소의 에코노마이져의 튜브에 발생하는 파울링(Fouling) 현상 억제용 연소 첨가제의 이용방법에 있어서,
    Al2O3 29 ~ 36 wt%, SiO2 45 ~ 53 wt%, CaO 성분이 1~5 wt% 성분 범위를 갖는 고령토 원광을 평균온도 250±50℃ 온도영역에서 1.5~2.5 시간 범위로 건조시켜 침상형 결정구조를 갖는 할로이사이트를 얻고 이를 분쇄하여 250 ~ 350 mesh 범위의 분말상으로 제공되는 연소 첨가제를 연료 사용량의 2 ~ 5 wt% 범위로 사용되어 바이오매스 또는 폐기물 연소 시 발생되는 K2SO4, NaCl, Na2SO4 중에서 선택되는 저융점 화합물을 흡착하여 2K·Al·SiO4 의 고융점 화합물로 변화시켜 애쉬 형태로 포집시키도록 적용되는 것을 특징으로 하는 연소 첨가제의 이용방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100761065B1 (ko) 2006-06-09 2007-10-04 오미혜 연료용 첨가제 조성물
WO2017089648A1 (en) * 2015-11-26 2017-06-01 Valmet Technologies Oy Biomass based fuel configured to reduce a chemical and/or mechanical effect of flue gas on heat transfer surfaces and a method for making the same
KR101799877B1 (ko) 2017-07-12 2017-11-23 김창욱 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170110817A (ko) * 2016-03-24 2017-10-12 주식회사 제일화성 할로이사이트 나노튜브의 표면처리 방법
KR102005903B1 (ko) * 2017-08-31 2019-07-31 주식회사 블루오션 산업 산화알루미늄을 이용한 바이오매스 혼소 또는 전용 보일러의 파울링, 슬래깅 및 부식 방지용 첨가제 조성물

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100761065B1 (ko) 2006-06-09 2007-10-04 오미혜 연료용 첨가제 조성물
WO2017089648A1 (en) * 2015-11-26 2017-06-01 Valmet Technologies Oy Biomass based fuel configured to reduce a chemical and/or mechanical effect of flue gas on heat transfer surfaces and a method for making the same
KR101799877B1 (ko) 2017-07-12 2017-11-23 김창욱 보일러 연소슬러그 억제용 약제조성물 제조방법 및 그 제조방법에 의해 생성된 연소슬러그 차단약제

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
학술논문, Potassium and chlorine distributions in high temperature halloysite formed deposits, E3SWEB OF CONFERENCES
학술논문, The effect of halloysite additive on operation of biolers firing agricultural biomass, FUEL PROCESSING TECHNOLOGY,

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