KR20050050866A - 석탄회의 미연탄소 저감장치 및 그 저감방법 - Google Patents

석탄회의 미연탄소 저감장치 및 그 저감방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 석탄회의 미연탄소 저감장치 및 그 저감방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 석탄회의 미연탄소 저감방법은, 잔사회를 층을 이루도록 형성하는 단계와; 상기 잔사회 층을 진동시켜, 상기 잔사회에 함유된 석탄회 입자와 미연탄소 입자의 비중차에 의해 상기 잔사회의 유동을 유도하며, 미연탄소 입자를 상기 잔사회의 표면층으로 분리시키는 단계와; 상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 석탄회 중 미세입도를 정제 및 분리하고 남은 비교적 입도가 큰 잔사회에 함유된 미연탄소를 효과적으로 저감하여 분말도를 높여, 사용기준이 엄격한 고부가가치의 콘크리트 혼화재 등에도 재활용할 수 있다.

Description

석탄회의 미연탄소 저감장치 및 그 저감방법{REDUCING APPARATUS OF UNBURNED CARBON IN ASH AND REDUCING METHOD THEREOF}
본 발명은, 석탄회의 미연탄소 저감장치 및 그 저감방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 석탄화력발전소로부터 배출된 석탄회 중 미세입자를 정제 및 분리하고 남은 석탄회(이하' 잔사회', reject ash)의 미연탄소를 저감하여 콘크리트 혼화재로 재활용하기 위한 석탄회의 미연탄소 저감장치 및 그 저감방법에 관한 것이다.
일반적으로 석탄을 원료로 하여 발전하는 석탄화력발전소는 석탄의 연소효과를 높이기 위해 석탄을 소정의 크기로 분쇄, 즉 미분탄을 제조하여, 이 미분탄을 보일러에 공급하여 연소시킴과 동시에 고온 고압의 수증기를 생산한 후, 생산된 수증기를 증기터빈에 공급함으로써, 발전을 하게 된다.
특히, 석탄에는 통상적으로 2 ~ 20% 정도의 불연성 회분, 즉 석탄회가 함유되어 있다. 이에, 미분탄을 보일러에 공급하면, 미분탄에 함유된 석탄회의 대략20%는 고온의 연소열에 의해 용융되며 여러 입자가 응결되어 보일러의 하부로 배출되고, 나머지 대략 80%는 각 입자별로 연소되어 연소가스 흐름에 따라 비산하여 전기집진기 등과 같은 집진장치에 포집된다.
한편, 보일러의 하부로 배출되는 석탄회는 바닥재(bottom ash)라고 불리우며, 그 입경이 대략 100㎛ ~ 수 ㎝ 정도로 넓게 분포하고 있으며, 큰 덩어리는 1㎝이하로 파쇄하여 해수와 함께 매립장으로 이송하여 매립된다. 또한, 보일러로부터 비산하여 전기집진기에서 포집되어 배출되는 석탄회는 비산재(fly ash)라고 불리우며, 이러한 비산재는 그 평균 입경이 대략 30㎛ ~ 60㎛이고, 최대 입경은 200㎛ 이하까지 분포하며, 바닥재와 함께 매립장으로 이송하여 해수와 함께 매립된다.
한편, 최근에는 자원재활용의 측면에서 이러한 석탄화력발전소에서 배출되는 석탄회(fly ash 및 매립회)를 원심력, 풍력 또는 물 등을 이용하여 비교적 미세입자(기준 시브 입경 44㎛) 만을 분류하여 콘크리트 혼화재, 건축분야 등의 자재로 널리 사용하고 있다.
그런데, 이러한 석탄회는 보일러 연소조건, 탄종에 따라 연소성이 상이하여 미연탄소 함량의 변화가 1∼10% 정도로 변동폭이 크며, 이러한 석탄회를 콘크리트 혼화재로 사용하는 경우, 일 예로 한국공업규격에 따르면 콘크리트 혼화재에 사용되는 석탄회 중 미연탄소 함유량은 5%이하로 규정되어 있어, 이 기준치를 초과하면 레미콘 제조시 각종 혼화제의 배합비율이 까다로우므로 석탄회에 함유된 미연탄소를 가능한한 최소화하기 위해 원심력, 정전기, 수중 미립기포 등의 방법을 채용하고 있으나, 미연탄소의 저감 방법이 간편하지 않고, 그에 따른 저감 효과의 불량 및 현장 적용성 곤란 등의 문제점이 상존하고 있다.
또한, 종래에는 석탄화력발전소에서 배출되는 석탄회에 함유된 미연탄소를 5%이하로 제거함에 있어서, 대부분 원심력, 풍력, 물을 이용한 입도분리 방법으로 미세입자(기준 시브 입경 44㎛)를 분리하여 정제회(fine fly ash)에는 미연탄소가 감소하나, 입도분리 과정에서 미연탄소가 대략 45㎛ ∼ 200㎛ 범위 내의 입경에 집중적으로 분포되어 있어, 정제 및 분리하고 남은 잔사회(reject ash)가 중량비율로 30%이하인 반면, 정제 전의 미연탄소 총량의 60% 이상을 함유하고 있어 잔사회의 미연탄소함량은 대개 5%를 초과하는 경우가 많아 고부가가치의 콘트리트 혼화재로 재활용하기 위해서는 재연소하여 미연탄소를 저감하는 방법이 있으나 연소장치 설치 및 운영에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 석탄회 중 미세입도를 정제 및 분리하고 남은 비교적 입도가 큰 잔사회에 함유된 미연탄소를 효과적으로 저감하여 분말도를 높임으로써, 사용기준이 엄격한 고부가가치의 콘크리트 혼화재 등에도 재활용할 수 있는 석탄회의 미연탄소 저감장치 및 그 저감방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 석탄화력발전소로부터 배출된 석탄회 중 미세입자를 정제 및 분리하고 남은 잔사회의 미연탄소를 저감하는 석탄회의 미연탄소 저감방법에 있어서, 상기 잔사회를 층을 이루도록 형성하는 단계와;
상기 잔사회 층을 진동시켜, 상기 잔사회에 함유된 석탄회 입자와 미연탄소 입자의 비중차에 의해 상기 잔사회의 유동을 유도하며, 미연탄소 입자를 상기 잔사회의 표면층으로 분리시키는 단계와; 상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감방법을 제공한다.
상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 석탄회 입자와의 비중차를 이용하여 흡입팬을 이용하여 수집하거나, 분리판을 이용하여 수집하거나, 상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 분리판에 적층시킨 후 상기 분리판에 적층된 미연탄소 입자를 흡입팬을 이용하여 수집할 수도 있다.
한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 석탄화력발전소로부터 배출된 석탄회 중 미세입자를 정제하고 남은 잔사회의 미연탄소를 저감하는 석탄회의 미연탄소 저감장치에 있어서, 상기 잔사회를 저장하는 호퍼와; 상기 호퍼로부터 제공된 상기 잔사회가 층을 이루며 유동하는 슈트와; 상기 슈트를 진동시켜 상기 슈트에 제공된 상기 잔사회에 함유된 석탄회 입자와 미연탄소 입자의 비중차에 의해 상기 잔사회의 유동을 유도하며, 미연탄소 입자를 상기 잔사회의 표면층으로 분리시키는 진동모터와; 상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 수집하는 수집부를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감장치에 의해서도 달성된다.
상기 수집부는, 상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 흡입하는 흡입팬과; 상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 상기 흡입팬으로 유동 안내하는 덕트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수집부는 상기 표면층에서 하방으로 소정 깊이에 배치되어, 상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 수집하는 분리판을 포함할 수도 있다.
그리고, 상기 수집부는, 상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 모으는 분리판과; 상기 분리판에 적층된 미연탄소 입자를 흡입하는 흡입팬과; 상기 분리판에 적층된 미연탄소 입자를 상기 흡입팬으로 유동 안내하는 덕트를 포함할 수도 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
석탄화력발전소에서는 발전용 석탄의 연소효과를 향상시키기 위해 석탄을 미분탄으로 분쇄하여 보일러에 공급한다.
입자가 작은 미분탄(탄소)은 대부분 연소되어 불연성인 회분에 미연탄소가 거의 없으나, 비교적 입자가 커다란 미분탄(탄소)은 연소성이 나쁘므로 회분에는 미연탄소 입자가 많이 포함된 상태로 보일러 상하부로 배출된다.
이러한 석탄화력발전소에서 배출되는 석탄회를 콘크리트 혼화재 등과 같은 건축재료로 재활용하기 위해서는, 석탄화력발전소로부터 배출된 석탄회 중 미세입자를 정제 또는 분리하고 남은 잔사회의 미연탄소를 소정의 기준치 이내로 저감시킬 필요가 있게 된다.
한편, 입도 분리하지 않은 석탄회의 입자 크기는 20∼200㎛ 정도로 넓게 분포하며, 석탄회는 SiO2가 절반 이상이고 그 외 Al2O3, Fe2O 3, CaO, MgO, Na2O, K2O 등으로 구성하고 있어 겉보기 비중은 약 0.8∼1.0, 진비중은 2.0∼2.2정도이다. 한편, 석탄회 중에 함유된 미연탄소 입자는 다공성 탄소가 주성분이므로 겉보기 비중은 0.3∼0.5, 진비중은 1.1∼1.4정도이며, 정제 및 입도분리하지 않은 석탄회는 입경이 대부분 44㎛ 이하가 많아 입도 분리하지 않은 석탄회 층에 진동을 가하면 미세한 석탄회(44㎛이하)의 경량성 간섭으로 미연탄소 입자를 표면층으로 분리가 어렵다.
그러나, 석탄회를 1차적으로 원심력, 풍력, 물 등으로 미세입자를 분리한 후 남은 잔사회의 경우 45㎛ 이상의 입경이 많이 분포하고 있어, 일정 높이의 석탄회층을 만들어 진동을 주면 다공성의 미연탄소 입자는 석탄회보다 비중이 가벼워 약간의 떨림현상에도 석탄회층 내부에서 유동되어 비중차로 인해 가벼운 미연탄소 입자는 표면 위로 분리된다.
이러한 석탄회 내에 함유된 미연탄소를 저감할 수 있는 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치(5)는, 석탄화력발전소로부터 배출된 석탄회 중 미세입자를 정제 및 분리하고 남은 잔사회(7)를 저장하는 호퍼(10)와, 호퍼(10)로부터 제공된 잔사회(7)가 층을 이루며 유동하는 슈트(20)와, 슈트(20)를 진동시켜 슈트(20)에 제공된 잔사회(7)에 함유된 석탄회 입자(8)와 미연탄소 입자(9)의 비중차에 의해 잔사회(7)의 유동을 유도하며 미연탄소 입자(9)를 잔사회(7)의 표면층으로 분리시키는 진동모터(30)와, 표면층에 분리된 미연탄소 입자(9)를 수집하는 수집부를 가진다.
호퍼(10)는 슈트(20)의 상단부에 기립 배치되어 있다.
호퍼(10)의 하단부에는 호퍼(10)에 저장된 잔사회(7)를 슈트(20)로 공급 조절하는 잔사회 공급피더(15)가 마련되어 있다.
슈트(20)는 호퍼(10)로부터 제공되는 잔사회(7)가 원활하게 하향 유동가능하도록 수평에 대해 하향 경사지게 설치된다. 슈트(20)의 상측에는 잔사회(7)가 층을 이루며 유동가능하도록 잔사회(7) 층의 높이를 조절하는 조절판(25)이 마련되어 있다. 슈트(20)의 양측에는 한 쌍의 진동모터(30)가 설치되어 있으며, 이에 진동모터(30)의 진동에 의해 슈트(20)는 진동을 하게 되고, 슈트(20)가 진동함에 따라 잔사회(7)가 슈트(20)의 길이방향을 따라 유동함과 동시에, 잔사회(7)에 함유된 석탄회 입자(8)와 미연탄소 입자(9)의 비중차에 의해 잔사회(7)의 표면층으로 미연탄소 입자(9)가 분리된다.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치(5)의 수집부는, 표면층에 분리된 미연탄소 입자(9)를 흡입하는 흡입팬(41)과, 표면층에 분리된 미연탄소 입자(9)를 흡입팬(41)으로 유동 안내하는 덕트(45)를 가진다.
덕트(45)는 슈트(20)의 하단부에 배치되며, 즉 호퍼(10)와 대향 배치되며, 슈트(20)를 유동하는 잔사회(7)의 표면층으로부터 상방으로 미연탄소 입자(9)와 석탄회 입자(8)의 비중차를 감안하여 적정 높이에 설치되어, 표면층에 분리된 미연탄소 입자(9)를 흡입팬(41)으로 유동 안내한다.
흡입팬(41)은 덕트(45)의 단부에 마련되어, 표면층으로부터 분리된 미연탄소 입자(9)를 덕트(45)를 거쳐 도시하지 않은 저장조로 흡입 배출한다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치(5)를 이용하여, 잔사회(7)에 함유된 미연탄소 입자(9)를 저감하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
호퍼(10)에 저장된 석탄화력발전소로부터 배출된 석탄회 중 미세입자를 정제및 분리하고 남은 잔사회(7)는 잔사회 공급피더(15)의 작동에 의해 슈트(20) 상에 제공된다.
슈트(20) 상에 제공된 잔사회(7)는 진동모터(30)의 작동에 의해 슈트(20)의 하단부를 향해 유동하게 된다. 이 때, 슈트(20) 상의 잔사회(7)는 조절판(25)에 의해 높이 조절되어 적정 높이의 층을 이루며 유동하게 된다.
조절판(25)을 통과한 잔사회(7)는 진동모터(30)의 진동에 의해 잔사회(7)에 함유된 석탄회 입자(8)와 미연탄소 입자(9)의 비중차에 의해 잔사회(7)의 표면층으로 미연탄소 입자(9)가 분리되며, 슈트(20)의 하단부로 향하게 된다.
슈트(20)의 하단부로 유동하며 잔사회(7)의 표면층에 분리된 미연탄소 입자(9)는 흡입팬(41)의 작동에 의해 덕트(45)를 거쳐 도시하지 않은 저장조로 배출된다.
이로써, 석탄회 중 미세입도를 정제 및 분리하고 남은 비교적 입도가 큰 잔사회(7)에 함유된 미연탄소를 효과적으로 저감하여, 석탄회에 함유된 미연탄소의 함유율을 줄이며, 이후 별도의 분쇄기로 분쇄하여 분말도를 높일 수 있게 된다. 따라서, 사용기준이 엄격한 고부가가치의 콘크리트 혼화재 등에도 재활용할 수 있게 된다.
한편, 도 2에는 본 발명의 제2실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치(5')는, 전술한 제1실시예와는 달리, 잔사회(7)의 표면층에 분리된 미연탄소 입자(9)를 수집하는 수집부는 분리판(50)으로 이루어져 있다.
분리판(50)은 슈트(20)의 하단부 영역에 하향 경사지게 설치되며, 슈트(20) 상을 따라 유동하는 잔사회(7)의 표면층으로부터 하방으로 소정 깊이에 배치되어 있다.
이에, 슈트(20)의 하단부로 유동하며 잔사회(7)의 표면층에 분리된 미연탄소 입자(9)는 분리판(50)에 적층되어 도시하지 않은 저장조로 배출된다.
이로써, 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치의 개략적인 사시도로서, 전술한 실시예들과는 달리, 본 발명의 제3실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치(5")의 수집부는, 표면층에 분리된 미연탄소 입자(9)가 적층되는 분리판(50)과, 분리판(50)에 적층된 미연탄소 입자(9)를 흡입하는 흡입팬(41)과, 분리판(50)에 적층된 미연탄소 입자(9)를 흡입팬(41)으로 유동 안내하는 덕트(45)를 가진다.
분리판(50)은 슈트(20)의 하단부 영역에 하향 경사지게 설치되며, 슈트(20) 상을 따라 유동하는 잔사회(7)의 표면층으로부터 하방으로 소정 깊이에 배치되어, 표면층에 분리된 미연탄소 입자(9)는 분리판(50)에 적층된다.
덕트(45)는 분리판(50)의 상방에 설치되며, 분리판(50)에 적층된 미연탄소 입자(9)를 흡입팬(41)으로 유동 안내하며, 덕트(45)의 단부에는 흡입팬(41)이 마련되어 흡입팬(41)은 분리판(50)에 적층된 미연탄소 입자(9)를 덕트(45)를 거쳐 도시하지 않은 저장조로 흡입 배출한다.
이로써, 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 된다.
이와 같이, 석탄화력발전소로부터 배출된 석탄회 중 미세입자를 정제 및 분리하고 남은 잔사회를 층을 형성한 후, 잔사회 층을 진동시켜 잔사회에 함유된 석탄회 입자와 미연탄소 입자의 비중차에 의해 잔사회의 유동을 유도함과 동시에 미연탄소 입자를 잔사회의 표면층으로 분리시키고, 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 수집함으로써, 잔사회에 함유된 미연탄소를 50％ 이상 저감이 가능하며, 특히 미연탄소가 높을수록 제거 효과가 양호하여 잔사회 중 미연탄소 함량을 5％ 이내로 유지할 수 있게 된다. 또한, 이렇게 미연탄소가 제거된 잔사회는 입도가 비교적 조립하므로 별도의 분쇄기를 설치하여 분쇄하므로써 분말도를 2400cm2/g 이상 높일 수 있으며, 이에 고부가가치의 콘크리트 혼화재로 재활용할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 석탄회 중 미세입도를 정제 및 분리하고 남은 비교적 입도가 큰 잔사회에 함유된 미연탄소를 효과적으로 저감하여 분말도를 높임으로써, 사용기준이 엄격한 고부가가치의 콘크리트 혼화재 등에도 재활용할 수 있는 석탄회의 미연탄소 저감장치 및 그 저감방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치의 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치의 개략적인 사시도,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 석탄회의 미연탄소 저감장치의 개략적인 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
5,5',5" : 미연탄소 저감장치 10 : 호퍼
15 : 잔사회 공급피더 20 : 슈트
25 : 조절판 30 : 진동모터
41 : 흡입팬 45 : 덕트
50 : 분리판

Claims (8)

  1. 석탄화력발전소로부터 배출된 석탄회 중 미세입자를 정제 및 분리하고 남은 잔사회의 미연탄소를 저감하는 석탄회의 미연탄소 저감방법에 있어서,
    상기 잔사회를 층을 이루도록 형성하는 단계와;
    상기 잔사회 층을 진동시켜, 상기 잔사회에 함유된 석탄회 입자와 미연탄소 입자의 비중차에 의해 상기 잔사회의 유동을 유도하며, 미연탄소 입자를 상기 잔사회의 표면층으로 분리시키는 단계와;
    상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 석탄회 입자의 비중차를 이용하여 흡입팬을 이용하여 수집하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 분리판을 이용하여 수집하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 분리판에 적층시킨 후, 상기 분리판에 적층된 미연탄소 입자를 흡입팬을 이용하여 수집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감방법.
  5. 석탄화력발전소로부터 배출된 석탄회 중 미세입자를 정제하고 남은 잔사회의 미연탄소를 저감하는 석탄회의 미연탄소 저감장치에 있어서,
    상기 잔사회를 저장하는 호퍼와;
    상기 호퍼로부터 제공된 상기 잔사회가 층을 이루며 유동하는 슈트와;
    상기 슈트를 진동시켜 상기 슈트에 제공된 상기 잔사회에 함유된 석탄회 입자와 미연탄소 입자의 비중차에 의해 상기 잔사회의 유동을 유도하며, 미연탄소 입자를 상기 잔사회의 표면층으로 분리시키는 진동모터와;
    상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 수집하는 수집부를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수집부는,
    상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 흡입하는 흡입팬과;
    상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 상기 흡입팬으로 유동 안내하는 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수집부는 상기 표면층으로부터 하방으로 소정 깊이에 배치되어, 상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 수집하는 분리판을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 수집부는,
    상기 표면층에 분리된 미연탄소 입자를 모으는 분리판과;
    상기 분리판에 적층된 미연탄소 입자를 흡입하는 흡입팬과;
    상기 분리판에 적층된 미연탄소 입자를 상기 흡입팬으로 유동 안내하는 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회의 미연탄소 저감장치.
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