KR102517822B1 - 친환경 연소 촉진 및 클링커 저감 연소첨가제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 물질인 Disodium octaborate tetrahydrate [(NaB8O₁₃ 4H₂O) 일명 Etidot67] 등을 이용하여 연소촉진성과 더불어 로의 산화분위기 등을 조절하여 클링커 및 파울링을 등을 억제하는 연소첨가제이다.

Description

친환경 연소 촉진 및 클링커 저감 연소첨가제 {Eco-friendly Additive for combustion-up and against clinker}

본 발명은 연소 및 클링커 저감용 연소첨가제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기관에서 탄화수소와 화석 및 바이오매스와 같은 연료의 연소에 필요한 화학적인 열적 평형상태를 조절함과 동시에, 이에 따르는 화학당량적으로 필요한 산소를 포함하는 공기량을 최적화시킴으로써 열효율 및 연소기관의 효율을 증진하여 열원인 연료의 사용량을 절감하며, 연소 중에 무기물 등에 의해서 발생하는 Sludge, Clinker와 Fouling의 발생을 억제하여 열전달율을 높이고 연소를 최적화시켜 단위면적당 연소기관의 생산성을 증진시킬 수 있는 물질을 포함하는 연소첨가제에 관한 것이다.

일반적으로 탄화수소 및 화석연료, 바이오매스, 쓰레기를 사용하는 연소기관 특히 보일러의 경우 그 중 연료는 탈수 있는 유기물과 타지 않는 무기물(회분)로 이루어져 있으나 열효율을 높이기 위해 유기물에 대한 연소속도를 높여 연소효율을 증진시키는 경우, 연소기관 내에서 무기물(회분)의 융점 이상의 고온이 형성되어 무기물(회분)이 녹아 연소기관에 융착하여 운전을 방해함과 동시에 열전달을 떨어뜨려 열손실을 야기한다.

따라서, 연소기관 내에 연소효율성을 높이는데 있어서 물리적인 방법보다는 화학적인 방법이 바람직하고, 최근에는 화학적인 방법으로서 첨가제를 이용한 화학적인 반응을 통하여 연소기관의 효율성을 높이도록 하는 첨가제가 대두되고 있다.

이와 관련하여, 연소기관의 효율을 높이기 위한 것으로서, 미분탄 취입설비에서 사용하는 연료에 연소촉진촉매 및 산소화합물을 첨가하여 사용하므로 연소기관의 연소효율 및 열효율을 높이는 기술(대한민국공개특허 제10-2002-0075758호)이 개발되었고, 이어 붕사를 포함하는 관련 특허들이 많이 출원되었다.

그러나 붕사는 고온의 온도에서는 효과가 크지 않아 이를 보완하여 본 발명에 이르게 되었으며 안정성이 뛰어나면서도 친환경적인 물질로 고온 및 저융점 물질이 많이 포함된 연료를 사용하는 연소기관에서 필요한 첨가제가 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연소기관에서 연소시 융점을 높이는 물질을 첨가함으로써 탄화수소와 화석 및 바이오매스 생활쓰레기와 같은 연료의 연소에 필요한 화학적인 열적 평형상태를 빠르게 함과 동시에 이에 따르는 화학당량적으로 필요한 산소를 포함하는 공기량을 최적화시킴으로써 열효율 및 연소기관의 효율을 증진하여 열원인 연료의 사용량을 절감하면서도 무기물 및 Soot 등에 의해서 발생하는 Sludge, Clinker와 Fouling 그리고 Sintering의 발생을 억제하는 첨가제를 제공하고자 한다.

본 발명은 Disodium octaborate tetrahydrate [(NaB₈O₁₃ 4H₂O) 일명 Etidot67]은 매우 친환경적인 물질(생식기 등에 무해함)로 특히 산소를 많이 가지고 있을 뿐만 아니라 용해 가능한 액체에 용해되어 연소촉진성과 더불어 산화분위기 등을 조절하여 클링커 및 파울링 등을 억제하는 해결수단으로 한다.

Etidot67은 물 및 용매 등에 용해 및 혼합되어 수화물 및 무수물 등으로 변형될 수도 있으며 이들은 Etidot67과 같은 기술적 특징 및 효과를 가져온다.

본 발명에 따른 첨가제에 의하면, 연료에 첨가되는 물질로서 액체 속에 액상으로 존재함에 따라 연료에 깊고 넓게 분포되어 산화반응 및 연소반응을 촉진시키고, 이는 연소효율 및 열효율을 증진시킬 수 있는 효과를 얻으며 때로는 슬러리 및 고체 상태로 이용될 수도 있다.

즉, 첨가제를 적게 사용하여도 높은 연소효율 및 열효율이 발휘됨으로써, 전반적인 연료의 사용량을 절감하여 원료비용을 최소화하고, 연료의 양을 줄이면서 연소기관 내에 융착물(클링커, 파울링, 신터링 등)이 생성되는 것을 억제함에 따라 연소기관의 온도를 안정화시키고 연소기관의 생산성 및 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

이를 실제로 석탄 보일러에 적용한 결과 시험한 결과 연소효율은 57.1~64.3% 져왔고 클링커가 약 70% 정도 감소되어 열효율은 1~5%을 가져왔다.

본 발명은 물 75~99g과 Etidot67 1~25g의 무게에 추가로 글리세린 및 에칠렌글리콜 및 프로필렌그리콜 각 1~20g 또는 inderite(MgB₃O₃(OH)₅·5H₂O) 1~20g 또는 boron carbide 0.001~13g의 무게비율(w%)로 혼합되는 첨가제를 제공하고 더욱 고온 연소과정에서 열효율 개선과 클링커 및 파울링, 슬러지를 억제하는 것을 기술구성의 특징으로 하며 액상 또는 슬러리 형태 등으로 제공된다.

상기 물질들은 로내 상황에 따라 적절한 비율로 서로 배합할 수 있으며, 연소효율을 높이기 위해서는 Etidot76의 합량을 높이는 것이 유리하며 다른 물질이 추가로 첨가될 수 있다.

Etidot67은 물 및 글리세린 등과 용해된 경우 일부가 변형되거나 다른 물질로 유도될 수 있으며, 이같은 변형 및 유도된 물질도 같은 기술적 특징을 가진다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 발명의 실시예는 해당 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자가 본 발명을 이해할 수 있도록 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

먼저, 본 발명의 기술적 사상은 본 첨가물을 통해 최적의 적은 공기(산소)량으로 유기물 중에서 탄소(C)의 연소반응 C + O₂ → CO₂을 촉진시켜 착화점을 조절하고 연소속도를 높여 고온을 형성시켜 공기량에 의한 열손실을 줄이고 연소효율을 높이며 형성된 고온에 의한 유효한 열전달에너지 값을 증진시키는 것이다.

또한, 본 발명은 연료 중의 무기물(회분)이 고온에 노출되더라도 무기물(회분)을 soft하게 하여 연소기관의 벽에 융착하는 것을 방지하여 연소기관 내의 온도를 안정화시켜 연소기관의 열효율을 증진시키는 것이다.

실시예1

샘플1(물 85w%, 붕사 15w%, NaOH 5w%)와 샘플2(물 85w%, Etidot67 15w%)와 샘플3(물 90w%에 Etidot67 15w%, 글리세린 15w%, boron carbide 0.001w%, inderite 3w%)를 혼합하여 가열(90℃로 2시간 가열) 및 용해 시킨 후 중국에서 수입한 석탄(내수분 7w%, 고정탄소분 45w%, 휘발분 13w%, 회분 24w% 및 유황 1w%)에 “석탄 : 물 : 연소첨가제 성물 = 1000 : 5 : 3의 비율로 석탄을 사용하는 보일러의 석탄 및 로내에 분사장치를 이용하여 분사하면서 연소시킨후 플라이 애쉬와 클링커를 채취하고 이들을 미연분(연소촉진효과 예측)과 고체 비중 측정법(클링커 저감효과 예측)에 의한 방법으로 무첨가 샘플 미연분과 겉보기 비중을 비교 테스트한 결과 하기 표 1 에 나타내었다.

<실험결과>

	무첨가 샘플	샘플1	첨가 샘플2	첨가 샘플3	비 고
미연분 (w%)	7.0	5.5	3.0	2.5
	개선	21.4%	57.1 %	64.3%
비중	2.8	2.0	1.5	0.8
	개선	28.6%	46.6%	71.4%

Claims (3)

1. 물 75~99g과 Etidot67 1~25g에 추가로 inderite 1~20g 및 boron carbide0.001~13g을 포함하여 만들어지는 연소첨가제
2. 제1항에 있어서, 글리세린, 에칠렌글리콜 및 프로필렌글리콜을 더 포함하는 연소첨가제
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