KR20060037164A - 화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분체중의 각 성분의 입도 및 비중차이를 이용한 원심분리 공정에 의해 미연탄소 함량이 낮고 분말도가 높은 화력발전소의 고순도 및 미립분 정제회 회수장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 화력발전소 등에서 발생하는 석탄회에 포함된 미연탄소 등을 용이하게 분리시키는 정제설비 등에 응용 가능한 고순도 및 미립 석탄회 회수장치에 관한 것이다.

종래의 석탄회 분리공정은 석탄 제조공장에서 사용토록 설계된 습식 공정들이 대부분이었으므로 이러한 습식공정에 의해 정제된 석탄은 보일러에 운반되어 연소되기 전에 탈수, 건조공정을 거쳐야 하는 문제점이 있었으며, 건식 공기 분급공정은 미연탄소함량 9% 이상시에는 조립분인 미연탄소 파쇄현상 발생 및 조립분 붕 미립분이 동시에 제거되는 회수율 저하현상으로 인해 미연탄소함량 3% 이하의 회수가 불가능한 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 석탄회와 미연탄소가 갖는 고유한 물리적 특성인 입도 및 비중의 차이를 이용하여 유도판형 싸이클론에서 유도판의 열림 각도 조절을 통해 원료회 중 미연탄소 함량이 높을 경우 열림 각도를 높이고, 미연탄소 함량이 낮을 경우 열림 각도를 줄여 미연탄소 제거율을 향상시켰을 뿐만 아니라, 조립분 제거시 조립분인 미연탄소에 혼재되어 있는 미립분을 2차 공기의 선택적 부유를 통해 회수하는 2단 원심분리 및 미립분 부유방법을 병행하였다.

석탄회로부터 미연탄소 원심분리시 회수율 및 입도 조절을 위해 유도판(Guide Vane)을 설치하였고 제거된 조립분 중에 혼재되어 있는 미립분을 회수하기 위한 미립분 부유 유도장치 및 미립분 부유용 2차 공기 주입구로 구성되어 고순도(미연탄소함량 3% 이하)이며 균일입도의 석탄회를 얻도록 되어 있다.

Description

화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치{Apparatus for recovering the fly ash with high pure and fine size of coal-fired power station}

도 1은 본 발명이 적용된 화력발전소의 고순도 및 석탄회 회수공정을 나타내는 전체 계통도,

도 2는 본 발명의 요부인 싸이클론 원심분리부의 개략적인 상측면도,

도 3은 도 2의 측단면도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

1 : 석탄회 저장용 호퍼, 2 : 호퍼 로터리 피더,

3 : 석탄회 이송용 진동기, 4 : 석탄회 이송용 진동판,

5 : 1, 2차 공기 추진용 블로워, 6 : 석탄회 가압용 노즐,

7 : 흡입부, 8 : 추진공기 및 흡입분체 혼합부,

9 : 유도판형 석탄회 원심분리장치, 10 : 유도판,

11 : 유도판 열림각도 조절기, 12 : 미립분 부유 유도장치,

13 : 미립분 부유용 2차공기 주입부, 14 : 조립분 포집부,

15 : 자동 하중식 이중댐퍼, 16 : 조립분 배출용 로터리 피더,

17 : 상부 미립분 배출구, 18 : 미립분 포집용 싸이클론,

19 : 정제회 배출 댐퍼 및 로터리피더,

20 : 상부 배출관, 21 : 백필터,

22 : 청정 공기 배출구, 24 : 원형관,

25 : 원심분리부, 26 : 깔대기관,

27 : 하부 배출관, 28 : 조립분 포집부,

29 : 조립분 포집 깔대기관, 30 : 조립분 배출관,

40 : 석탄회 공급부, 50 : 정제회 회수부.

본 발명은 화력발전소에서 발생하는 석탄회에 포함된 불순물인 미연탄소와 분말도를 떨어뜨리는 조립분을 용이하게 분리하여 분말도가 높은 고순도 및 미립분 정제회를 회수하는 화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치에 관한 것이다.

통상 화력발전소 운영중 석탄 연소 후에 발생되는 석탄회는 콘크리트 혼화제, 건축물 경량제 및 성토제로 이용가치가 매우 높다. 그러나 일반적으로 발전소에서 발생하는 석탄회 중에는 미연탄소가 다량(5~10%) 함유되어 재활용시 장애요소가 된다. 따라서 이를 산업목적에 이용하기 위해서는 석탄회 중 미연탄소의 분리(3% 이하)가 꼭 필요한 실정이다.

기존에 이용되고 있는 미연탄소 분리방법으로는 습식의 부유 선별법과 건식의 단순 싸이클론형 원심분리(입도분리)법이 있다.

전자인 습식법의 경우 탈수, 건조 및 폐수처리비용이 높아 경제성이 없으며, 후자인 건식 원심분리(입도분리)법은 석탄회 중 큰 입자들이 미연탄소를 다량 함유하고 있다는 사실에 기초한 기술로서 분리장치로는 공기분급기를 이용하고 있으나, 석탄회 중 미연탄소 함량이 5% 이상시 입도분급이 완전하지 못하고, 또한 조립자의 충격에 의한 파쇄로 인해 미립분으로 전환되어 석탄회 미립분과 함께 배출되므로 미연탄소 함량 3% 이하의 석탄회를 회수할 수 없는 단점이 있다.

한편 원료회의 미연탄소 함량이 낮아도 미립분 회수율을 조정할 수 없는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 종래 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 석탄회 함량에 따라 유도판의 각도를 조정하여 전체 효율을 조정할 수 있는 기능과 미립분의 조립분과 동시에 제거되는 것을 방지하도록 2차 공기를 주입하여 미립분을 부유시키어 미립분 회수율을 높이어 회수할 수 있는 화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기존 싸이클론과는 달리 싸이클론 입구에 유도판(Guide Vane)을 장착하여 공기 주입량이 같더라도 열림 각도에 따라 싸이클론 내부의 유속 중 접선속도(Tangential Velocity)가 변화되어 원심력이 달라짐에 따라 분급입도가 2차적으로 조정되도록 하였으며, 또한 하부에 미립분 유도장치의 측면(외벽)으로 하강하는 조립분 중 미립분을 2차 공기로 부유시켜 싸이클론 상부로 배출하도록 미립분 부유 및 조립분 회수부를 별도로 설치하였다.

석탄회는 석탄회 저장용 호퍼와 석탄회 이송용 진동기에 의해 정량 조절되고 벤츄리관의 원리에 의해 이젝터를 통해 싸이클론에 유입되며, 공기량은 블로워에 의해 조정되고 원료 석탄회 중 미연탄소함량이 5% 이상 시에는 유도판의 열림 각도를 작게하여 조립분 제거율을 증가시키며, 미연탄소 함량이 5% 이하 시에는 유도판의 열림 각도를 높게하여 조립분 제거율을 작게 하였으며, 싸이클론에서 입도 분급된 미립분 정제회는 싸이클론 상부 배출관을 통해 배출되어 후단의 사이클론 포집기에서 포집되고, 미포집되는 초미립자는 백필터로 완전 제거한 후 미립 석탄회와 함께 회수되어지는 구조로 되어 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치의 전체 계통도를 나타낸 것으로, 석탄회에 포함된 미연탄소를 건식 분리하는 장치이다.

본 발명은 석탄회 저장용 호퍼(1)와 석탄회 이송용 진동기(3)와 상기 진동기(3)에 의해 적정량씩 석탄회를 공급하는 진동판(4)과 벤츄리관 원리에 기초한 석탄회 가압노즐(6)과 가압노즐(6)에 의해 음(-)압에 의해 석탄회 및 외부공기가 흡입되는 흡입부(7)와 흡입부(7)에 의해 흡입된 석탄회와 추진공기가 혼합 및 마찰대전이 이루어지는 혼합부(8)로 구성되는 이젝터와 상기 이젝터에 공기를 공급하는 블로워(5)를 구성요소로 하는 석탄회 공급부(40)와;

상기 석탄회 공급부(40)에 의해 공급된 석탄회를 미연 탄소함량에 따라 분리 회수율을 조절하는 유도판(10)과 유도판(10)의 열림 각도를 조절하는 열림 각도 조절기(11)와 싸이클론 하부로 미립분의 배출을 방지하는 미립분 부유 유도장치(12) 와, 미립분 부유 유도장치(12)의 측면(외벽)으로 하강하는 조립분 중 함유되고 있는 미립분을 부유시키도록 2차 공기를 주입하는 주입부(13)와, 조립분 포집부(14)에서 하강하는 조립분을 공기의 누설방지 및 조립분 분체를 하강시키는 자동 하중식 이중댐퍼(15)와 이중댐퍼(15)를 통해 유입되는 조립분 분체를 배출하는 로터리 피더(16)로 구성된 석탄회 원심 분리시키는 조립분 회수 및 미립분 부유장치(14)와;

상기 유도판형 원심분리장치(9)에서 상부 미립분 배출구(17)를 통해 배출된 미립분을 포집하는 미립분 포집용 싸이클론(18)과 미립분 포집용 싸이클론(18)에서 포집된 미립분 정제회를 회수하는 배출댐퍼 및 로터리 피더(19)와 미립분 포집용 싸이클론(18)에서 미포집된 초미립자를 상부 배출관(20)으로 배출시켜 완전 제거하는 백필터(21)에서 제거한 후 청정공기를 배출하는 청정공기 배출구(22)를 구성요소로 하는 정제회 회수부(50)로 이루어져 있다.

도 2는 본 발명의 구성요소의 핵심인 싸이클론 원심분리장치의 상측 단면도이며, 도 3은 싸이클론 원심분리장치 정면의 단면도이다.

여기서 분체와 공기 혼합물이 싸이클론 회동체의 접선방향으로 유입되도록 구성되어 있고, 상기 유도판(10)은 직사각형의 형태로 형성되어 있다. 그리고 이 유도판(10)의 열림 각도를 조절할 수 있도록 상부에 열림 각도 조절기(11)가 설치되어 있다.

도 3에서 SUS304재질의 유도판(10)의 열림각 조절기(11)에 조절 눈금을 표기하였다. 본 발명에서는 SUS304재질의 싸이클론을 설치함으로써 석탄회에 의한 마모 를 최대한 방지하였으며, 유도판(10)의 열림 각도에 따라 싸이클론부 상부 미립분 배출구(17)로 배출되는 입자의 크기 및 회수율이 조절 가능토록 열림 각도 조절기(11)가 설치되어 있다.

여기서 상기 유도판(10)은 직사각형의 유도판으로서 그 외측에 원형관(24)과 하부에는 원심분리부(25)에 연결된 깔대기관(26)을 설치하였으며, 이 깔대기관(26)에 연하여 하부 배출관(27)과 조립분 포집부(28) 및 조립분 포집 깔대기관(29)이 설치되어 있다.

본 발명의 유도판형 싸이클론장치에 있어서 원심분리의 원리는 유도판의 열림 각도에 의한 원심력 차이를 이용해 조립분에 분포되어 있는 미연탄소를 하부로 제거하고 상부로 미립분 정제회를 회수하는 것이며, 한편 하부로 제거된 조립분 석탄회에 포함되어 있는 미립분의 석탄회를 부유시켜 상부로 배출시키도록 유도하는 미립분 부유 유도장치(12)를 설치하였으며, 미립분 부유 유도장치(12)의 측면으로 하강하는 조립분은 직접 조립분 배출관(30)을 통해 배출되며 미립분은 2차 공기에 의해 부유되어 상부 미립분 배출구(17)를 통해 배출되도록 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 요부인 유도판형 석탄회 원심분리장치(9)는 SUS304 재질로 구성하여 분체와의 접촉에 의한 마모를 감소하도록 유도하였고, 미연탄소 제거율은 유도판(10)의 열림 각도를 이용해 조절하였으며, 미립분 회수율은 유도판의 열림 각도 60˚ 이상에서 회수율 조절판을 이용하여 조절할 수 있도록 구성한다.

또한 입도분급 효율(성능 곡선)의 향상을 위해 미립분 부유용 2차 공기 주입 부(13) 및 미립분 부유 유도장치(12)가 설치되어 있다.

<실시예>

본 발명에 의한 유도판형 원심분리장치의 크기 처리용량을 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.

싸이클론 정전분리장치의 설비규격은 도 2와 도 3과 같은 형태로 싸이클론 직경(Dc) 20㎝, 배출관 직경(De) 10㎝, 높이(Lc+Zc) 80㎝이며, 상부 배출구(17)는 싸이클론 중앙에 위치하며, De=Dc/2, Lc=2DC, 그리고 Sc=Dc/4가 되게 설치하였다.

도 3의 유도판(10)은 배출구(17) 쪽으로 가로(Vc) 4.3㎝, 세로(V1) 9.5㎝, 두께 2㎜의 SUS304판을 30˚로 12개 설치해서 완전한 개폐가 이루어지도록 하였다.

싸이클론 입구의 크기는 가로(Bc) 5.0㎝, 세로(Hc) 10㎝로 하였다. 조립분 포집 및 미립분 부유 유도부의 경우 Dt 10㎝, Lc=2Ls=4Li, 4Dt=5Di의 규격으로 싸이클론의 형태 및 구성은 도 2와 도 3과 같다.

실험조건은 다음과 같다.

- 실험 변수 : 싸이클론 유도판 열림 각도

- 유입공기량 : 3~4㎥/min

- 2차 공기량 : 0.5~1㎥/min

- 석탄회조성 : 9% 미연탄소 함량의 석탄회 1종

- 처리 용량 : 30Kg/hr

미립분 정제회 회수율은 정제회 백필터에 포집된 질량분포를 이용, 측정하였 고, 미연 탄소함량은 열분석기를 이용하여 측정하였다.

실험에 사용한 실험 시료의 분석 결과는 <표 1>과 같다.

<표 1> 석탄회 시료의 입도별 질량분포, 누적분포 및 미연 탄소함량

(단위 : wt. %)

시료종류		입도분포[㎛]
		+150	150~105	105~75	75~53	53~38	38~26	-26
5%	질량분포	2.6	2.9	3.8	5.6	6.2	8.0	70.9
	미연탄소량	67.01	36.95	26.2	12.5	4.75	3.2	1.9
9%	질량분포	2.8	3.9	4.6	5.5	5.8	6.4	71
	미연탄소량	62.39	33.38	30.36	17.33	12.03	6.69	2.92

<표 1>과 같이 석탄회 질량분포는 미립분일수록 증가하였고, 입도별 미연탄소 함량의 경우 입도가 미립분일수록 미연탄소 함량이 감소하는 경향을 보였다. 미연탄소 함량5% 석탄회의 경우 26㎛ 이하에 70.9%의 질량분포를 보이고 미연탄소함량 1.9%를 보였다. 즉, 26㎛ 이하로 원심분리(입도분리) 하여도 3%이하의 고순도 석탄회를 회수할 수 있음을 예상할 수 있다.

한편, 미연탄소 함량 9% 석탄회의 원심분리 실험결과 <표 2>와 같이 유도판의 열림 각도를 줄일 경우 미분의 석탄회 회수율 및 미연탄소함량이 감소하였다. 즉, 유도판 열림 각도 60˚에서 미연탄소함량 3%의 석탄회를 67% 회수 할 수 있었다. 유도판의 열림 각도를 줄일수록 입도분급 크기가 작아져 회수율은 감소하지만 순도가 높아지게 된다. 또한 분말도의 경우 원료회 2400㎡/g 에서 미립 정제회의 경우 4,500㎡/g로 높아져 석탄회 품질을 고품위로 대폭 향상하게 되었다.

<표 2> 유도판형 원심분리장치 유도판 열림 각도에 따른 원심분리 효율변화

(단위 : wt. %)

공급시료, 미연탄소함량		열림 각도
		30˚		40˚		50˚		60˚
		회수율	미연 탄소량	회수율	미연 탄소량	회수율	미연 탄소량	회수율	미연 탄소량
9%	폐기회	45		40		46		28
	정제회	55	2.6	60	2.8	63	2.9	67	3.0

상기와 같이 본 발명에 따른 화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치는 정제회의 경우 입도가 상당히 균일하기 때문에 재활용시, 즉 레미콘 혼화제로 사용할 경우 콘크리트의 충진률을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 석탄회 저장용 호퍼(1)와 석탄회 이송용 진동기(3)와 상기 진동기(3)에 의해 적정량씩 석탄회를 공급하는 진동판(4)과 벤츄리관 원리에 기초한 석탄회 가압노즐(6)과 가압노즐(6)에 의해 음(-)압에 의해 석탄회 및 외부공기가 흡입되는 흡입부(7)와 흡입부(7)에 의해 흡입된 석탄회와 추진공기가 혼합 및 마찰대전이 이루어지는 혼합부(8)로 구성되는 이젝터와 상기 이젝터에 공기를 공급하는 블로워(5)를 구성요소로 하는 석탄회 공급부(40)와;

   상기 석탄회 공급부(40)에 의해 공급된 석탄회를 미연 탄소함량에 따라 분리 회수율을 조절하는 유도판(10)과 유도판(10)의 열림 각도를 조절하는 열림 각도 조절기(11)와 싸이클론 하부로 미립분의 배출을 방지하는 미립분 부유 유도장치(12)와, 미립분 부유 유도장치(12)의 측면(외벽)으로 하강하는 조립분 중 함유되고 있는 미립분을 부유시키도록 2차 공기를 주입하는 주입부(13)와, 조립분 포집부(14)에서 하강하는 조립분을 공기의 누설방지 및 조립분 분체를 하강시키는 자동 하중식 이중댐퍼(15)와 이중댐퍼(15)를 통해 유입되는 조립분 분체를 배출하는 로터리 피더(16)로 구성된 석탄회 원심 분리시키는 조립분 회수 및 미립분 부유장치(14)와;

   상기 유도판형 원심분리장치(9)에서 상부 미립분 배출구(17)를 통해 배출된 미립분을 포집하는 미립분 포집용 싸이클론(18)과 미립분 포집용 싸이클론(18)에서 포집된 미립분 정제회를 회수하는 배출댐퍼 및 로터리 피더(19)와 미립분 포집용 싸이클론(18)에서 미포집된 초미립자를 상부 배출관(20)으로 배출시켜 완전 제거하는 백필터(21)에서 제거한 후 청정공기를 배출하는 청정공기 배출구(22)를 구성요소로 하는 정제회 회수부(50)로 이루어진 것을 특징으로 하는 화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 싸이크론내 유도판(10)은 석탄회 회수율 조절을 위한 이 유도판(10)의 열림 각도를 조절하기 위한 열림 각도 조절기(11)가 설치되고 고속의 분체와의 접촉에 의한 마모방지를 위해 SUS304 재질로 구성함을 특징으로 하는 화력발전소의 고순도 및 미립 석탄회 회수장치.

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