KR20110043656A - 철 및/또는 칼슘 함량이 높은 석탄의 연소로부터 슬래그 제어를 위한 타겟화된 시약 주입 - Google Patents

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Abstract

슬래그가 열교환면 상에 형성되는 경향을 감소시키고 슬래그의 특성을 변경시켜 이를 보다 제거하기 쉽게 만듦으로써 높은 철 및/또는 칼슘 함량을 갖는 석탄으로 발화된 연소기의 출력을 증가시키는 방법이 기술되어 있다. 본 방법은 높은 철 및/또는 칼슘 함량을 갖는 슬래그-형성 석탄을 전체적으로 과량의 산소와 함께 연소시키고; 연료를 연소시킴으로써 형성된 슬래그를 냉각시키는 조건 하의 열교환 장치를 통해 얻어진 연소 가스를 이동시키고; 상기 열교환 장치와 접촉시키기 전에, 수성 알루미늄 트리히드록사이드를 오염율을 감소시키고 바람직하게 얻어진 슬래그의 파쇄성을 증가시키는데 효과적인 양, 및 방울 크기 및 농도로 도입함을 포함한다. 바람직하게, 알루미늄 트리히드록사이드 시약은 수성 액체의 형태로 도입되며, 전산 유체 역학은 유량을 결정하고 시약 도입 속도, 시약 도입 위치(들), 시약 농도, 시약 방울 크기 및/또는 시약 운동량을 선택하기 위해 이용된다. 바람직한 양태에서, 공급률은 석탄 1 톤 당 최대 약 6 파운드 ATH 및 바람직하게 이와 함께 석탄 1 톤 당 최대 약 2 파운드 Mg(OH)2일 것이다. 또한 연소기를 세정하고 청결을 유지하기 위한 방법이 제공된다.

Description

철 및/또는 칼슘 함량이 높은 석탄의 연소로부터 슬래그 제어를 위한 타겟화된 시약 주입 {TARGETED REAGENT INJECTION FOR SLAG CONTROL FROM COMBUSTION OF COALS HIGH IN IRON AND/OR CALCIUM}
본 출원은 2008년 7월 11일에 출원된 미국가특허출원번호 61/080,004호를 우선권으로 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 전체적으로 본원에 포함된다.
본 발명은 열교환면(heat exchange surface) 상에 슬래그가 형성되는 경향을 감소시키고 슬래그의 특성을 보다 쉽게 제거되게 변경시키고 실제로 슬래그를 제거함으로써, 높은 철 및/또는 칼슘 함량을 갖는 석탄으로 발화된 연소기의 출력을 증가시키는 방법에 관한 것이다.
석탄, 유사한 다른 화석 연료의 연소는 늘 요망되는 것 보다 덜 효율적이고 오염원일 수 있다. 연소기 작동을 고효율로 유지시키는 것 및 배출물의 질을 조절하는 것은 생존을 위해 요구되는 공기의 질을 보존하면서 경제를 촉진시키는데 필요로 하는 에너지를 유지하는데 필수적이다. 효율과 배출물이 상호관계를 가지며 몇몇 기술적 해법들에서 서로 경쟁적인 것으로 나타나기 때문에, 둘 모두를 달성하는 것은 어렵다. 발전소(power plant)와 소각로(incinerator)의 경제적 작동은 공공의 관심사이며, 신규한 기술들에서 이러한 노력은 필수적이다.
일부 오염 문제점들을 완화시키는데 있어 연료 선택이 중요한 역할을 하지만, 이러한 문제점들을 없앨 수는 없다. 특정 애팔레치안(Appalachian) 및 일리노이 분지(Illinois Basin) 역청탄(bituminous coal)과 같은 몇몇 석탄은 경제성이 다른 옵션(option)을 제한하는 석탄용으로 디자인된 여러 플랜트에서 중요하다. 슬래그가 형성되는 경향 및 이러한 높은 철 함량 석탄에 대한 슬래그의 성질들은 수십년 동안 연소 기술자 및 플랜트 운영자에게 주요 관심사였다. 슬래그의 물리적 및 화학적 성질에 영향을 미치는 여러 인자들이 있다[참조, 예를 들어 Combustion Fossil Power, 1991, Joseph G. Singer, P.E., editor, Chapter 3, Combustion Engineering]. 그러나, 이러한 산업이 오늘날 일어남에 따라, 저비용 석탄의 선택과 슬래깅(slagging)이 문제가 되는 에너지 생산의 실제 경제성 사이에 절충이 이루어지고 있다. 슬래그 축적은 열교환을 떨어뜨리고 종종 세정을 위한 긴 정지 시간을 초래하는 문제를 일으킨다.
석탄과의 상호관련된 문제점은 포집되고 처리되어야 하는 상당한 양의 애시(ash) 및 미립자가 형성된다는 것이다. 당해 분야는 슬래그 형성 및 성질들을 조절하기 위하여 첨가제를 사용하고 있지만, 이러한 첨가제는 순수 부피(sheer volume) 측면에서 이용되는 고형물 회수 시스템에 압력을 가할 수 있다. 이에 따라, 최적의 슬래그 조절은, 고형물 회수 시스템이 필수적으로 모든 고형물을 효과적으로 제거할 수 없기 때문에 절충되었다. 이는 특히 고형물 수집 용량을 증가시키는 것이 옵션이 아닌 보다 이전의 플랜트가 갖는 문제점이다.
문제를 더욱 복잡하게 만드는 것은 석탄이 이들의 조성의 함수에 따라 첨가제에 대해 다르게 반응한다는 사실이다. 일반적으로, 고형물 회수 장치에 의해 적절하게 조작될 수 있는 효과적인 수준에서 적합한 첨가제를 갖는 모든 다른 석탄 조성을 다룰 수 있는 포뮬라(formula)가 알려진 바 없다. 효과적인 오염 조절에 대한 충분한 수익을 발생시키면서 경제적인 전력을 공급하기 위해 개개의 석탄 조성 및 첨가제 투여 방식의 발견이 고도로 연구되었다.
보일러(boiler) 효율 및 경제성을 개선시키기 위하여, 슬래깅에서 역할이 증가되는 황 함유물을 갖는 석탄 및 높은 철 및/또는 칼슘 함량을 갖는 석탄과 같은, 문제 연료들과의 슬래깅을 보다 효과적으로 조절하는 개선된 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 슬래그가 생산되는 연료를 이용하는 연소기에서 슬래그 조절을 위한 개선된 기술을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 화학물질의 사용을 감소시키면서 높은 철 및/또는 칼슘 함량을 갖는 석탄의 연소로부터 슬래그를 조절하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 화학물질의 사용을 감소시키면서 높은 철 및/또는 칼슘 함량을 갖는 석탄의 연소로 인하여 보일러 열교환면으로부터 슬래그를 제거하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
보다 특정의 또다른 목적은 슬래그 제거와 관련된 정지 시간의 양을 감소시킴으로써 슬래그를 보다 효과적으로 조절하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일부 양태의 보다 특정 목적은 연소기 효율을 개선시키는 것과 동시에 상기 목적들을 달성하기 위한 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적들은 본 발명에 의해 높은 철 및/또는 칼슘 함량을 갖는 슬래그-형성 석탄을 연소시키는 연소기에서 슬래그를 조절시키기 위한 개선된 방법을 제공하는 적어도 바람직한 양태로 달성된다.
일 양태에서, 본 발명은 높은 철 및/또는 칼슘 함량을 갖는 슬래그-형성 석탄을 전체적으로 과량의 산소로 연소시키는 단계; 석탄을 연소시킴으로써 형성된 슬래그를 냉각시키는 조건 하의 열교환 장치를 통해 얻어진 연소 가스를 이동시키는 단계; 및 상기 열교환 장치와의 접촉 이전에, 수성 알루미늄 트리히드록사이드를 오염율을 감소시키고 바람직하게는 얻어진 슬래그의 파쇄성을 증가시키는데 효과적인 양, 및 방울 크기 및 농도로 도입하는 단계를 포함하는, 연소기에서 슬래그 응집성 및/또는 접착성을 감소시켜, 오염율을 감소시키기 위한 방법을 제공한다.
바람직한 일 양태에서, 알루미늄 트리히드록사이드 시약은 수성 액체 형태로 도입되며, 전산 유체 역학이 유량을 결정하고 시약 도입 속도, 시약 도입 위치(들), 시약 농도, 시약 방울 크기 및/또는 시약 운동량을 선택하기 위해 이용된다.
다른 바람직한 양태에서, 마그네슘 히드록사이드는 알루미늄 트리히드록사이드의 슬러리와 함께 수성 슬러리로서 도입된다.
다른 양태에서, 본 발명은 수성 알루미늄 트리히드록사이드를, 존재하는 슬래그 침적물을 접촉시키기 위해 슬러리를 건조시킴으로써 얻어진 미립자에 대한 접촉을 위해 효과적인 양, 및 방울 크기 및 농도로 도입함으로써, 슬래그가 축적된 로 표면(furnace surface)을 세정하는 방법을 제공한다.
다른 양태에서, 본 발명은 슬래그를 감소시키기에 충분한 시간 동안 석탄 1 톤 당 약 3 내지 6 파운드의 ATH 및 석탄 1 톤 당 약 1 내지 2 파운드의 Mg(OH)2의 초기 투여 후에, 연소기 세정 상태를 유지하고 효율적으로 작동시키기 위한 초기 값의 약 10 내지 약 50%의 감소된 투여의 투여 방식을 포함하는 연소기를 세정하고 유지하는 방법을 제공한다.
다른 바람직한 양태들 및 이들의 장점들은 하기 설명에서 기술된다.
본 발명은 하기 상세한 설명이 첨부된 도면과 함께 읽혀질 때 더욱 잘 이해될 것이고 이의 장점들이 보다 명확하게 될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 구체예의 개략도이다.
도 2는 하기 실시예 2에 기술된 바와 같이 높은 철 함량 석탄으로 작동되는 연소기에 알루미늄 트리히드록사이드를 24 시간 작용시킨 후 얻어진 슬래그 샘플의 사진이다.
먼저, 본 발명의 일 구체예의 개략도인 도 1을 참조로 한다. 도 1은 전력 생산을 위한 스팀, 공정 스팀의 형성, 가열 또는 소각을 위해 사용되는 타입의 큰 연소기(10)를 도시한 것이다. 석탄은 버너(20, 20a) 옆에 공급되고 연소 구역(21)에서 공기와 함께 연소된다. 석탄이 높은 철 함량 (예를 들어, 애시의 중량을 기준으로 및 Fe2O3로서 표시하여, 약 15% 초과, 예를 들어 약 20 내지 35%의 철 함량) 및/또는 높은 칼슘 함량 (예를 들어, 애시의 중량을 기준으로 및 CaO로 표시하여, 5% 초과, 예를 들어 약 10 내지 25%의 칼슘 함량)을 갖는 것이 본 발명의 장점이다. 또한, 슬래그가 예를 들어 약 1% 초과, 및 약 3 내지 약 5%의 범위의 상당한 황 함량을 갖는 석탄의 경우에도 효과적으로 조절될 수 있다는 것이 본 발명의 장점이다. 여기서, 및 본 명세서 전반에 걸쳐, 모든 부 및 퍼센트는 중량 기준이다.
팬(22) 및 배관(24)에 의해 공급되는 연소용 공기는 바람직하게, 연소기의 출구 단부에서 배관(미도시됨)으로부터 열을 이동시키는 가스-대-가스 열교환기(미도시됨)에 의해 예열된다. 고온 연소 가스는 상승하고 열교환기(26)를 지나 흐르고, 이러한 열교환기는 스팀의 발생을 위해 연소 가스로부터 물로 열을 이동시킨다. 절감기(economizer) (다운스트림 및 미도시됨)를 포함한 다른 열교환기는 또한 특정 보일러의 디자인에 따라 제공될 수 있다. 미처리되어 남겨진 슬래그는 이러한 열교환기 표면 상에 형성될 것이며, 이는 개별적인 위치에 대해 중요한 디자인 고려사항을 기초로 한 특정 연소기 내에 위치된다. 전산 유체 역학과 같은 모델링 기술이 초기에 처리 화학물질 (특히, 본 발명에 따른 특정 타입의 석탄에 대해 효과적인 것으로서 확인된 화학물질)을 슬래그 축적을 감소시키고/거나 조절하고 보일러의 효율적인 작동을 유지시키기 위한 최적의 위치로 유도하기 위해 이용된다는 것이 본 발명의 장점이다.
노즐 뱅크(30, 30a) 각각에서의 일련의 적합한, 바람직하게 공기 보조 분무 노즐은 알루미늄 트리히드록사이드 단독, 또는 마그네슘 히드록사이드 슬러리와 함께 이를 용기(40, 40a)로부터 각각 도입하기 위해 제공된다. ATH 및 마그네슘 히드록사이드 둘 모두는 바람직하게 적절하게 슬러리 및/또는 용액과 같은 수성이다. 공급 라인(예를 들어, 41)은 도면에서 이중 선으로서 도시되어 있다. 밸브(예를 들어, 42)는 일반적인 기호 (
Figure pct00001
)로 표시되며, 온도 센서(예를 들어, 44)는 일반적인 기호 (
Figure pct00002
)로 표시된다. 밸브(42) 및 온도 센서(44) 둘 모두는 점선으로 도시된 전기 도선(예를 들어, 48)에 의해 제어기(46)로 연결된다. 이러한 밸브, 온도 센서 및 도선은 단지 예시적인 것으로서, 본원에 개략된 원리를 이용하는 당업자는 적절한 제어 신호 및 반응을 제공하기 위해 이러한 것들을 전략적으로 배치시킬 것이다. 제어기(46)는 피드 포워드(feed forward) 및 피드백 특징 둘 모두를 갖는 사전결정된 조절 투여 방식에 따라 프로그래밍된 일반 목적 디지털 컴퓨터일 수 있다.
알루미늄 트리히드록사이드 (Al(OH)3)는 슬래그의 침적을 매우 감소시키고 까다로운 석탄 타입으로부터 침적된 슬래그를 세정하기 위해 본 발명에 따라 효과적인 것으로 밝혀진 것으로서, 이는 또한 ATH, 알루미늄 히드록사이드 및 수화 알루미나와 같은 다른 명칭으로 공지되어 있다. 알루미늄 트리히드록사이드 원료 물질의 형태와는 무관하게, 이는 화학물질 안정화제와 함께 또는 이의 없이, 탱크(40)로부터 관련 라인(41)을 통해 도입하기 위해 물과 예를 들어 적어도 약 25 중량%, 및 바람직하게 적어도 약 65 중량% 고형물을 저장 및 조작하기에 적합한 농도로 혼합되는 것이 바람직하다.
기술되는 바와 같이, 농도 및 유량은, 감소된 슬래깅 및 용이한 세정의 요망되는 결과를 달성하기 위해 적절한 양의 화학물질이 정확한 물리적 형태로 연소기 중의 정확한 위치에 공급되게 하기 위한 모델링에 의해 초기에 결정될 것이다. 본 방법에서 사용하기 위하여, 이는 예를 들어 전산 유체 역학 (CFD)에 의해 결정된 바와 같이, 약 0.1 내지 약 10%, 보다 좁게는 약 1 내지 약 5%의 범위내로 희석된다. 수성 알루미늄 트리히드록사이드가 연소기에서 고온 가스와 접촉할 때, 이는 매우 작은 입자, 예를 들어 나노 크기의 입자, 예를 들어 200 나노미터 이하, 및 바람직하게 약 100 나노미터 미만의 입자로 감소될 것으로 여겨진다. 50 내지 약 150 나노미터의 중간 입자 크기는 본 발명의 방법을 위해 유용한 범위이다. 이러한 크기에 접근하기 위하여, ATH가 물과 함께 도입되는 것이 중요하다. 작은 입자는 슬래그를 형성하는 일반 결정상 또는 유리를 붕괴시킬 것으로 여겨진다. 수반되는 메카니즘과는 무관하게, 형성된 슬래그가 고도로 부스러지기 쉽고 브러싱(brushing)으로 용이하게 파괴되고 손으로 부숴뜨릴 수 있다는 것이 본 발명의 또다른 장점이다.
형성된 슬래그의 파쇄성을 증가시켜, 이러한 슬래그가 보다 쉽게 제거되어진다는 것이 본 발명의 큰 장점이다. 본 발명은 또한 슬래그의 축적을 늦추거나 제거한다. 유리하게, 높은 용량에서, 본 발명은 실제로 이미 형성된 슬래그를 제거할 수 있다. 용어 "슬래그의 파쇄성을 증가시킨다"는 것은 처리 후에, 슬래그가 처리 없이 동일한 조건 하에서 형성된 슬래그 보다 부숴뜨리는데 단위 면적 당 힘이 적게 요구됨을 의미한다. 용어 "슬래그를 제거한다"는 것은 보일러, 특히 열교환면에 접착된 슬래그의 중량이 본 발명의 처리에 의해 초기 값으로부터 감소됨을 의미한다. 고 유황 석탄에 대한 SO3의 감소, 열교환 장치에서의 압력 강하의 감소, 보다 저비용의 석탄을 사용하는 능력, 낮은 CO 발생, 연료 소비량의 증가로 인한 낮은 CO2 발생, 보다 양호한 열 이동, 짧은 정지 시간, 보다 높은 처리량, 연속적인 세정, 보다 우수한 열교환면 세정, 전체 여소기를 세정하는 능력, 및 보다 높은 효율로 모든 적재물에서 구동하는 능력을 포함하는, 본 발명의 여러 추가적이고 부수적인 장점들이 존재한다.
대부분의 석탄에 대한 방법은 ATH와 마그네슘 히드록사이드의 조합으로 잘 이루어진다. 일부 석탄, 예를 들어 낮은 실리케이트 조성을 갖는 석탄이 슬래그에 기여되는 문제점을 감소시키면서 연소될 수 있지만, 마그네슘 히드록사이드의 사용은 적어도 초기에 바람직하다. 마그네슘 히드록사이드 시약은 바람직하게 칼슘 및 다른 염을 포함하는 염수로부터, 대개 지하 염수 풀 또는 해수로부터 제조될 수 있다. 석회석(Dolomitic lime)은 이러한 염수와 혼합되어 칼슘 클로라이드 용액 및 마그네슘 히드록사이드를 형성하며, 이는 침전되고 용액으로부터 여과된다. 이러한 형태의 마그네슘 히드록사이드는 안정화제와 함께 또는 이의 없이 물과 저장 및 조작을 위해 적합한 농도로, 예를 들어 25 내지 65 중량% 고형물의 농도로 혼합될 수 있다. 본 방법에서 사용하기 위해, 이는 전산 유체 역학 (CFD)에 의해 결정된 바와 같이, 0.1 내지 10%, 보다 좁게 1 내지 5%의 범위 내로 희석된다. 연소기에서 유출물과 접촉될 때, 이는 나노-크기 입자, 예를 들어 200 나노미터 이하 및 바람직하게 약 100 나노미터 미만의 입자로 감소될 것으로 여겨진다. 50 내지 약 150 나노미터의 중간 입자 크기는 본 발명의 방법에 대해 유용한 범위이다. 다른 형태의 MgO는 또한 필요하거나 요망되는 경우에 이용될 수 있으며, 예를 들어, 요망되는 입자 크기 범위에서 이용가능한 경우에 "가벼운 연소(light burn)" 또는 "부식제"가 이용될 수 있다.
이러한 효과들을 가장 잘 달성하기 위하여, 본 발명은 바람직하게 초기 유량을 계획하고 초기 시약 도입 속도, 시약 도입 위치(들), 시약 농도, 시약 방울 크기 및 시약 운동량을 선택하기 위해 CFD를 이용할 것이다. CFD는 잘 이해된 과학으로서, 이러한 경우에서 전체 혜택을 가지면서 활용되며, 여기서 최대 효과를 위하여 최소량의 화학물질을 공급하는 것이 바람직하다.
흔히 슬래그 조절에서 조절 인자인 것으로 여겨지는 슬래그의 융화점(fusion point)에 영향을 미친다는 측면에서 화학물질의 양이 화학양론 이하(substoichiometric)일 것이라는 것은 매우 중요하게 인식된다. 본 발명에 따르면, 비교적 적은 양의 시약이 사용된다는 것 이외에 본 발명의 결과가 문헌에 의해 설명되지 않은 가능한 경계 화학 및 동력학적 효과로 슬래그 형성의 물리적 파괴에 기인한다는 것은 충분한 증거가 된다.
시험은 CFD에 의해 결정된 초기 공급률이 양호한 효과로 이용될 수 있고 관찰된 결과를 기초로 하여 조정될 수 있는 것을 나타내고 있다. 공급률에 대한 가이드로서, 하기 예시된 것과 유사하게 작동하는 연소기에 대한 최고의 경제성을 위한 초기 공급률은 석탄 1 톤 당 최대 약 6 파운드의 ATH (건조물 활성 ATH로서) 또는 8 파운드 (65-70% 슬러리로서)일 수 있다. 예를 들어, 바람직한 70% 슬러리로서 첨가될 때, 약 1 내지 약 6 파운드의 슬러리의 양이 효과적일 것이다(보다 좁게, 예를 들어, 약 2 내지 약 3 파운드의 슬러리). 또한 석탄 1 톤 당 약 2 파운드 이하의 Mg(OH)2 슬러리(약 50-60% 고형물)를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 바람직한 60% 슬러리로서 첨가될 때, 석탄 1 톤 당 약 0.5 내지 약 2 파운드의 Mg(OH)2 슬러리의 양, 예를 들어 석탄 1 톤 당 약 0.7 내지 약 1 파운드의 Mg(OH)2 슬러리가 이용될 수 있다. 슬러리는 필요한 경우에, 통상적으로 보다 적은 적용의 경우의 약 5%로부터 약 35% 또는 그 초과까지 고형물 농도로 희석된다.
연소기, 특히 열교환면에 접착한 슬래그의 중량은 특히 ATH 및 Mg(OH)2가 상기 범위 내의 높은 농도, 예를 들어 석탄 1 톤 당 약 3 내지 6 파운드의 ATH 및 석탄 1 톤 당 약 1 내지 2 파운드의 Mg(OH)2의 농도로 사용될 때, 본 발명의 처리에 의해 초기 값으로부터 효과적으로 감소된다. 이러한 슬래그를 제거하는 능력은 세정 및 유지 투여 방식을 제공하는 능력을 제공하며, 여기서 초기 투여는 슬래그를 제거하기 위한 경우에서 언급된 바와 같으며, 이후 투여는 연소기 세정을 유지하고 효율적으로 작동시키기 위해 초기 값의 약 10 내지 약 50%로 감소된다.
요망되는 효과를 갖는 화학물질을 첨가하기 위하여 효과적인 물리적 형태의 알루미늄 트리히드록사이드, 및 바람직하게 임의적으로 마그네슘 히드록사이드에 대해 정확한 초기 농도, 비율, 및 도입 속도가 계산되고 이용되는 본 발명에 따라 최적의 슬래그 정화(remediation)가 챔버(20)에서의 고온 연소 가스에 도입되는 것이 필수적이다. 본 발명에 CFD의 실행은 미국특허번호 제7,162,960호(Smyrniotis, 등)에 기술된 바와 같이 이루어진다. 미립자 제거 장치(미도시됨)는 스택 위로 유출물을 진행시키기 전에 미립자를 제거하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 대안적인 형태에서, 연소 촉매 및/또는 유출물 처리 화학물질이 예를 들어 미국특허번호 제7,162,960호(Smyrniotis, 등)에 기술된 바와 같이, 연료, 연소 구역 등에 첨가될 수 있다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 설명하고 예시하기 위해 기술된 것으로서, 어떠한 점에서도 제한적으로 여겨지지 않는다. 달리 명시되어 있지 않는 한, 모든 부 및 퍼센트는 중량을 기준으로 한 것이다.
실시예 1
본 실시예는 하루에 540톤의 석탄을 연소시키는 로에 알루미늄 트리히드록사이드의 도입을 예시한 것이다. 석탄은 일리노이즈 분지 및 애팔래치아 역청탄의 블랜드로서 하기와 같은 분석값을 갖는다:
Figure pct00003
시험을 위하여 Al(OH)3 (알루미늄 트리히드록사이드 슬러리 또는 약어로 ATH)를 70 중량% 수성 슬러리로서 두개의 버너 사이의 상승부(elevation)에 하나의 뱅크가 위치하고 최상부 석탄 버너 위의 상승부에 하나의 뱅크가 위치하는 분쇄 석탄 버너의 두개의 뱅크 맞은편 벽 상에 위치된 3개의 공냉 노즐의 두개의 뱅크로부터 소비된 석탄 1 톤 당 5 파운드 슬러리의 속도로 공급하였다. 슬러리를 35 중량% ATH의 농도로 희석하였다. 희석 전 ATH 슬러리의 밀도는 약 14 파운드/갤론으로서, 이는 공급률이 ATH 슬러리의 경우에 하루에 약 193 갤론 (석탄 1 톤 당 약 5 파운드)인 것을 의미한다.
이러한 시험을 기초로 하여, 이러한 미립자 연소기에 대한 효과적인 공급률이 석탄 1 톤 당 약 1 내지 약 6 파운드의 ATH 슬러리, 예를 들어 1 톤 당 약 2 내지 약 3 파운드의 ATH 슬러리일 것으로 평가된다.
실시예 2
본 실시예는 하루에 540 톤의 석탄을 연소시키는 로에 실시예 1에서 공급된 알루미늄 트리히드록사이드에 추가로 Mg(OH)2 (마그네슘 히드록사이드)를 도입하는 효과를 예시한 것이다. 석탄은 실시예 1에 기술된 바와 같은 일리노이즈 분지 및 애팔래치아 역청탄의 블랜드이다.
마그네슘 히드록사이드를 슬러리로서 소비된 석탄 1 톤 당 2 lbs의 50 내지 60 중량% 슬러리로 공급하였다. 마그네슘 히드록사이드 슬러리의 밀도는 대략 12 lbs/갤론이었다. 이에 따라, 공급률은 Mg(OH)2 슬러리의 경우에 하루에 약 90 갤론이었다. 상기와 같이, 본 발명자는 알루미늄 트리히드록사이드 슬러리를 소비된 석탄 1 톤 당 약 5 파운드의 슬러리로 공급하였다. ATH의 밀도는 약 14 파운드/갤론으로서, 이는 공급률이 ATH의 경우에 하루에 약 193 갤론인 것을 나타내는 것이다.
이러한 시험을 기초로 하여, 본 발명자들은 이러한 미립자 연소기에 대한 최상의 경제성을 위한 최적의 공급률이 석탄 1 톤 당 약 0.5 내지 약 2 파운드 Mg(OH)2 슬러리 (예를 들어, 1 톤 당 약 1 파운드) 플러스 1 톤 당 약 1 내지 약 6 파운드 ATH 슬러리 (예를 들어, 1 톤 당 약 2 내지 약 3 파운드)인 것으로 판단된다. 도 2는 단지 ATH 공급물의 24 시간 동안의 작업 후 얻어진 슬래그 샘플의 사진이다. 이러한 슬래그는 예상치 못하게 부서지기 쉬웠다.
상기 설명은 당업자들에게 본 발명을 실행하는 방법을 교시하기 위한 것이다. 이러한 분명한 변경 및 변화 모두가 기술되게 의도되지 않은 것으로서, 이는 본 설명을 읽을 때 당업자에게 자명하게 될 것이다. 그러나, 이러한 모든 분명한 변경 및 변화가 하기 청구범위에 의해 규정된 본 발명의 범위 내에 포함될 것으로 의도된다. 청구범위는 문맥에서 명확하게 반대로 명시되지 않는 한, 이러한 의도된 목적들을 충족시키기에 효과적인 임의의 순서의 단계 및 청구된 성분들을 포함한다는 의미를 갖는다.

Claims (10)

  1. 높은 철 및/또는 칼슘 함량을 갖는 슬래그-형성 석탄을 전체적으로 과량의 산소와 함께 연소시키는 단계;
    연료를 연소시킴으로써 형성된 슬래그를 냉각시키는 조건 하의 열교환 장치를 통해 얻어진 연소 가스를 이동시키는 단계; 및
    상기 열교환 장치와의 접촉 이전에, 수성 알루미늄 트리히드록사이드를 슬래그에 의한 오염율(rate of fouling)을 감소시키는데 효과적인 양, 및 방울 크기 및 농도로 도입하는 단계를 포함하는, 연소기에서 슬래그 응집성 및/또는 접착성을 감소시켜 오염율을 감소시키는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 얻어진 슬래그의 파쇄성(friability)을 증가시키는데 효과적인 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 알루미늄 트리히드록사이드 시약이 수성 액체의 형태로 도입되며, 전산 유체 역학(computational fluid dynamics)이 초기 유량을 결정하고 시약 도입 속도, 시약 도입 위치(들), 시약 농도, 시약 방울 크기 및/또는 시약 운동량(reagent momentum)을 선택하기 위해 이용되는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 마그네슘 히드록사이드를 슬래그에 의한 오염율을 감소시키는데 효과적인 양, 및 방울 크기 및 농도로 도입함을 추가로 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 석탄 1 톤 당 약 6 파운드 이하의 알루미늄 트리히드록사이드 슬러리 및 석탄 1 톤 당 약 2 파운드 이하의 Mg(OH)2를 도입함을 포함하는 방법.
  6. 연소기에서 고온 연소 가스에 수성 알루미늄 트리히드록사이드를 슬래그 침적물(slag deposit)을 제거하는데 효과적인 양, 및 방울 크기 및 농도로 도입함을 포함하는, 석탄을 연소시키는 연소기에서 슬래그 침적물을 제거하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 마그네슘 히드록사이드를 슬래그에 의한 오염율을 감소시키는데 효과적인 양, 및 방울 크기 및 농도로 도입함을 추가로 포함하는 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 석탄 1 톤 당 약 6 파운드 이하의 알루미늄 트리히드록사이드 슬러리, 및 석탄 1 톤 당 약 2 파운드 이하의 Mg(OH)2를 도입함을 포함하는 방법.
  9. 슬래그를 감소시키기에 충분한 시간 동안 석탄 1 톤 당 약 3 내지 6 파운드의 ATH(aluminum trihydroxide) 및 석탄 1 톤 당 약 1 내지 2 파운드의 Mg(OH)2의 초기 투여 후에, 연소기 세정 상태를 유지시키고 효율적으로 작동시키기 위해 초기 값의 약 10 내지 약 50%의 감소된 투여의 투여 방식(regimen)을 포함하는 보일러(boiler)를 세정하고 유지하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 마그네슘 히드록사이드를 슬래그에 의한 오염율을 감소시키는데 효과적인 양, 및 방울 크기 및 농도로 도입함을 추가로 포함하는 방법.
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