KR20090111474A - 폐석탄으로부터 일산화탄소와 메탄을 추출하는 방법 및 기체연료 추출장치 - Google Patents

폐석탄으로부터 일산화탄소와 메탄을 추출하는 방법 및 기체연료 추출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고정탄소분이 적게 포함된 폐석탄으로부터 연료로 사용할 수 있는 기체연료를 추출할 수 있는 장치에 관한 것이다. 그 구성은; 연소실(2); 고형(固形)연료(F)를 투입하기 연료투입부(3); 상기 고형연료(F)의 바닥부분부터 연소가 시작되도록 하는 점화부(5); 상기 고형연료(F)가 저산소 상태에서 연소되도록 하기 위한 산소공급부(7); 상기 연소실(2)에서 발생되는 기체를 추출해내기 위한 기체배출부(11); 연소물배출부(13); 상기 고형연료에 포함된 탄소(C)와 반응하여 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 등의 기체연료가 생성될 수 있도록 상기 연소실 내부에 수분(水分, H2O)을 공급하기 위한 수분공급부(9)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
탄소, 폐석탄, 석탄, 메탄, 화석연료, 생성, 가스, 기체, 발생, 보일러

Description

기체연료 추출장치 및 이를 이용한 보일러{apparatus for extracting gas fuel and boiler using the same}
본 발명은 기체연료 추출장치 및 이를 이용한 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체연료 특히 고정탄소분이 적게 포함된 폐석탄으로부터 연료로 사용할 수 있는 기체연료를 추출하는 장치 및 이 기체연료를 연소하여 열을 발생시키기 위한 보일러에 관한 것이다.
폐석탄은 화석연료의 한종류로 통상 사용되는 무연탄(고정탄소분이 85 ~ 95%에 달함), 갈탄 또는 역청탄 등과 다르게 고정탄소분이 전체 중량에 대하여 5 ~ 10 중량% 정도밖에 포함하고 있지 않아 연료로 사용하지 적당치 못한 것이다. 이러한 폐석탄은 탄광 근처에 방기되는 것이 일반적이며 그 시간이 지날수록 흉물이 되어 가고 있다.
이러한 폐석탄은 건축자재인 경량골재를 생산하기 위한 소재로 사용되기도 하였으나 사용량에 한계가 있다.
위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 탄광에서 흔히 배출되어 야적장에 방치되고 있는 폐석탄을 연료로 사용할 수 있게 하거나 연료를 추출할 수 있게 하여 환경보호에 이바지하는 한편 에너지를 재활용할 수 있게 하는 수단을 제공하는 것에 있다.
위와 같은 목적은, 밀폐된 연소실; 상기 연소실 내부로 탄소를 함유하는 고형(固形)연료를 투입하기 연료투입부; 상기 연소실 바닥에 쌓인 고형연료의 밑바닥 부분에 열 또는 불꽃을 가하여 상기 고형연료의 바닥부분부터 연소가 시작되도록 하는 점화부; 상기 연소실 내부의 산소공급량을 제어하되, 상기 고형연료가 저산소 상태에서 불완전연소되도록 하기 위한 산소공급부; 상기 연소실에서 발생되는 기체를 상기 연소실 외부로 추출해내기 위한 기체배출부; 연소되고 남은 고형연료의 재를 상기 연소실 외부로 반출시키기 위한 연소물배출부; 상기 고형연료의 연소시 상기 고형연료에 포함된 탄소(C)와 반응하여 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 등의 기체연료가 생성될 수 있도록 상기 연소실 내부에 수분(水分, H2O)을 공급하기 위한 수분공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체연료 추출장치에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 기체배출부에 연결되는 것으로서 상기 기체연료를 점화시켜 그 생성열을 이용하기 위한 점화장치를 더 포함하는 보일러가 제공된다.
위와 같은 구성에 의하면, 폐기물로 방치되어 왔던 폐석탄을 기체연료를 생성하기 위한 소재로 사용할 수 있게 된다. 나아가 폐석탄을 포함하는 고형연료를 기체연료로 전환하기 위한 유용한 수단이 제공된다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 더욱 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 의한 기체연료 추출장치의 단면 구성도이다. 도 2는 갓부재의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 보일러의 단면 구성도이다.
본 발명의 기체연료 발생장치(1)는 유기체의 유산물인 고형연료에 포함되어 있는 탄소(C)와 수분(H2O)의 불완전 연소반응에 의해 생성되는 일산화탄소(CO) 및 메탄(CH4)을 채취하는 것을 핵심으로 한다. 즉, 이들 기체가 본 발명의 설명에 있어서의 기체연료에 해당하는 것이다.
연소실(2)은 밀폐되어 있으며 내화학성 및 내열성이 있는 금속 또는 세라믹으로 만들어진다. 연소실(2)은 원통형으로서 직립되게 고정 설치된다. 도시되지 않 았지만 연소실(2) 외면에는 유리섬유와 같은 통상의 단열수단이 씌워질 수 있다.
연료투입부(3)는 연소실 내부로 고형(固形)연료를 투입한다. 연료투입부(3)는 연소실(2) 외부에 설치되는 호퍼 형태의 연료투입구(4)와, 일단은 연료투입구(4)에 소통되게 연결되고 타단은 연소실 내부의 받침판(6)의 중심을 관통하여 연소실(2) 내부 공간까지 연장되는 이송스크류(8)와; 이송스크류(8)를 기동시키기 위한 압송모터(10,12)를 포함할 수 있다. 이송스크류(8)는 횡방향으로 설치되는 제1 이송스크류(14)와 수직방향으로 설치되는 제2 이송스크류(16)로 구성된다. 여기서 이송스크류(8)는 이송관과 그 내부에서 회전 가능하게 설치되는 기다란 스크류를 포함하는 개념이다. 제1,2 이송스크류(14,16)는 동시에 기동하는 2개의 압송모터(10,12)에 의해 고형연료를 연소실 내부까지 공급할 수 있다. 제2 이송스크류(16)는 받침판(6)으로부터 소정 높이로 돌출되게 설치된다. 이와 같은 구성에 의하면 고형연료(F)는 제2 이송스크류(16)의 단부로부터 상방향을 향해 분출되게 된다.
본 발명의 실시예에 의하면 제2 이송스크류(16)의 단부와 받침판(6) 사이에는 "∧"의 단면 형태를 가지는 갓부재(20)가 설치된다. 갓부재(20)는 제2 이송스크류(16)로부터 분출되는 고형연료(F)가 미끄러져 내리면서 연소실(2)의 받침판(6) 위에 마치 산(山)과 같은 형태로 쌓이도록 하기 위한 것이다. 즉, 연소실 내부로 공급되는 고형연료(F)는 1점쇄선으로 도시된 것처럼 화산과 같은 형태로 축적되게 된다. 갓부재(20)는 표면이 요철(20a)로 되어 있어 고형연료(F)와의 접합면 사이에 소정의 틈새를 형성하게 한다. 나아가 갓부재(20)에는 다수의 통공(22)이 타공될 수 있다. 이 통공(22)은 재를 쉽게 배출하고 나아가 고형연료(F)의 연소면적을 늘리기 위한 수단이다.
받침판(6)은 망체 또는 다수의 작은 배출공(24)이 타공되어 있는 판으로 되어 있다. 이러한 받침판(6)의 구조는 연소되고 남은 재를 배출하거나 후술되는 바와 같이 축적된 고형연료에 수분을 공급하는 통로를 제공하기 위한 것이다.
점화부(3)는 연소실(2)의 받침판(6)에 쌓인 고형연료(F)의 밑바닥 부분에 열 또는 불꽃을 가하여 고형연료의 바닥부분부터 연소가 시작되도록 한다. 점화부(5)는 갓부재 자체를 가열함으로써 그와 접하고 있는 고형연료를 착화온도로(500 ~ 600℃) 상승시킬 수 있다. 점화부(5)는 전열코일(26)에 의할 수도 있고 불꽃을 발생시키는 버너에 의할 수도 있다. 도시된 바에 따르면 갓부재(20) 표면 내지 받침판(6) 상면에 부착되는 전열코일(26)이 점화부(5)를 구성한다. 본 발명의 실시예에 의하면 연소실(2)에 쌓인 고형연료의 바닥부분부터 연소가 이루어지도록 하고 있다. 이것은 후술되는 산소공급부와 더불어 연소시간을 지연시키며 불완전연소를 유도하기 위한 수단이다.
산소공급부(7)는 연소실(2) 내부의 산소공급량을 제어하되, 고형연료가 저산소 상태에서 불완전연소되도록 하기 위한 수단이다. 이는 연소실 내부의 기체배출량을 감지하여 그에 따라 연소실(2) 내부에 산소를 공급하기 위한 것이다. 산소는 대기를 통해 공급된다. 산소공급부(7)는 연소실(2) 측벽에 설치되는 공기제어밸브(28)를 포함한다.
수분공급부(9)는 고형연료의 연소시 상기 고형연료에 포함된 탄소(C)와 반응하여 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 등의 기체연료가 생성될 수 있도록 연소실(2) 내부에 수분(水分,H2O)을 공급하기 위한 것이다. 수분은 연소실 하부의 오목한 수밀공간, 즉 바닥(2a)에 물을 공급함으로써 공급될 수 있다. 물이 저수위가 되면 수분공급부(9)는 연소실 내부로 통하게끔 설치되는 물공급밸브(30)를 통해 연소실(2)의 바닥(2a)에 물을 공급하게 된다. 연소실 바닥(2a)에 차있는 물은 증발을 통해 받침판(6)을 통하여 고형연료(F)의 연소지점에 공급되게 된다.
즉, 저산소의 환경 및 수분이 공급되는 환경에서 고형연료(F)는 연소를 하며 메탄(CH4)을 생성시키게 되는 것이다.
기체배출부(11)는 연소실에서 발생되는 기체를 연소실 외부로 추출해내기 위한 것으로서, 관체(32)와 밸브(34) 등으로 구성된다. 추출되는 기체연료는 미도시된 봄베에 저장되거나 사용처에 보급될 수도 있다.
연소되고 남은 잔재(회분)를 수거하기 위한 연소물배출부(13)가 제공될 수 있다. 이 연소물배출은 수작업에 의해서도 가능하지만, 기계적 수단이 채용될 수도 있다. 예를 들어 연소실 저부에 배출스크류(36)를 설치하여 잔재를 강제로 연소실 외부로 이송시킬 수 있겠다.
배출스큐류(36)는 자연적으로 연소실 바닥에 차있는 물을 함께 배출시키게 되는데, 잔재(A)와 물의 혼합물은 압착 여과기(38)를 통과하게 할 수 있다. 압착여과기는 잔재(A)로부터 물을 분리하여 연소실(2)로 재공급할 수 있다.
압착 여과기(38)를 통과한 잔재는 이후 건조 및 성형 과정을 거쳐 재활용되거나 폐기된다.
도시되지는 않았지만, 받침판(6)으로부터 연소잔재(A)가 쉽게 떨어지도록 하기 위한 잔재배출수단이 더 구비될 수 있다. 이는 받침판(6)의 진동을 유발시키는 진동기가 될 수도 있으며, 받침판(6)의 상면(6a)을 스크래핑하여 다수의 배출공(24)으로 빠져 나가도록 하기 위한 스크래퍼가 될 수도 있다.
이상 설명된 것은 기체연료 발생장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면 위에 설명된 기체연료 발생장치에 점화장치를 더 설치함으로써 발생되는 기체연료를 발생 즉시 연소하여 열을 생성시키기 위한 보일러(40)가 제공된다.
즉, 보일러(40)는 기체연료 발생장치(1)와 점화장치(42)를 포함한다. 점화장치는 기체연료 발생장치(1)의 상부에 연속적으로 연결되어 설치된다. 보일러(40)에 의해 생성되는 열은 온수를 공급하거나 열풍을 공급하기 위한 용도로 활용될 수 있다. 이를 위해 점화장치(42) 상부에는 온수가열통(46)이 설치될 수 있다.
본 발명에 의한 기체연료 발생장치는 탄소함유량이 적은 폐석탄을 고형연료로 사용하고자 제안된 것이다. 그러나 연료로써 일반적으로 사용되고 있는 갈탄, 무연탄 등도 사용이 가능하다. 또한 기타 연소 가능한 다양한 소재를 고형연료로 사용할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 기체연료 추출장치의 단면 구성도이다.
도 2는 갓부재의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 보일러의 단면 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 ; 기체연료 추출장치 2 ; 연소실
3 ; 연료투입부 5 ; 점화부
6 ; 받침판 7 ; 산소공급부
8 ; 이송스크류 9 ; 수분공급부
10,12 ; 압송모터 11 ; 기체배출부
13 ; 연소물배출부 26 ; 전열코일
28 ; 공기공급밸브 30 ; 물공급밸브
36 ; 배출스크류 38 ; 압착 여과기
40 ; 보일러 42 ; 점화장치
46 ; 온수가열통
F ; 고형연료 A ; 잔재(연소물)

Claims (4)

  1. 밀폐된 연소실(2); 상기 연소실(2) 내부로 탄소(C)를 함유하는 고형(固形)연료(F)를 투입하기 연료투입부(3); 상기 연소실(2) 바닥에 쌓인 고형연료(F)의 밑바닥 부분에 열 또는 불꽃을 가하여 상기 고형연료(F)의 바닥부분부터 연소가 시작되도록 하는 점화부(5); 상기 연소실(2) 내부의 산소공급량을 제어하되, 상기 고형연료(F)가 저산소 상태에서 연소되도록 하기 위한 산소공급부(7); 상기 연소실(2)에서 발생되는 기체를 상기 연소실(2) 외부로 추출해내기 위한 기체배출부(11); 연소되고 남은 고형연료의 잔재(A)를 상기 연소실 외부로 반출시키기 위한 연소물배출부(13); 상기 고형연료의 연소시 상기 고형연료에 포함된 탄소(C)와 반응하여 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 등의 기체연료가 생성될 수 있도록 상기 연소실 내부에 수분(水分, H2O)을 공급하기 위한 수분공급부(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체연료 추출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료투입부(3)는, 상기 연소실(2) 외부에 설치되는 호퍼 형태의 연료투입구(4)와, 일단은 연료투입구(4)에 소통되게 연결되고 타단은 연소실 내부의 받침판(6)의 중심을 관통하여 연소실(2) 내부 공간까지 연장되는 이송스크류(8)와; 이송스크류(8)를 기동시키기 위한 압송모터(10,12)를 포함하되;
    상기 이송스크류(8)는 횡방향으로 설치되는 제1 이송스크류(14)와, 상기 받침판(6)으로부터 소정 높이로 수직방향으로 돌출되게 설치되는 제2 이송스크류(16)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기체연료 추출장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 이송스크류(16)의 단부와 받침판(6) 사이에는 상기 제2 이송스크류(16)로부터 분출되는 고형연료(F)가 미끄러져 내리면서 연소실(2)의 받침판(6) 위에 마치 쌓이도록 하기 위한"∧"의 단면 형태를 가지는 갓부재(20)가 설치되는 것을 특징으로 하는 기체연료 추출장치.
  4. 밀폐된 연소실(2); 상기 연소실(2) 내부로 탄소(C)를 함유하는 고형(固形)연료(F)를 투입하기 연료투입부(3); 상기 연소실(2) 바닥에 쌓인 고형연료(F)의 밑바닥 부분에 열 또는 불꽃을 가하여 상기 고형연료(F)의 바닥부분부터 연소가 시작되도록 하는 점화부(5); 상기 연소실(2) 내부의 산소공급량을 제어하되, 상기 고형연료(F)가 저산소 상태에서 연소되도록 하기 위한 산소공급부(7); 상기 연소실(2)에서 발생되는 기체연료를 상기 연소실(2) 외부로 추출해내기 위한 기체배출부(11); 연소되고 남은 고형연료의 잔재(A)를 상기 연소실 외부로 반출시키기 위한 연소물배출부(13); 상기 고형연료의 연소시 상기 고형연료에 포함된 탄소(C)와 반응하여 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 등의 기체연료가 생성될 수 있도록 상기 연소실 내부에 수분(水分, H2O)을 공급하기 위한 수분공급부(9); 상기 기체배출부(11)에 연결되는 것으로서 상기 기체연료를 점화시켜 그 생성열을 이용하기 위한 점화장치(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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