KR20140070593A - 석탄 혼합 연료, 그 연소 방법 및 석탄 혼합 연료에 사용되는 석탄 연료 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 석탄 혼합 연료는, 저품위탄과 잔사탄을 혼합하여 이루어진다. 잔사탄은, 석탄과 용제를 혼합 및 가열하여 이루어지는 슬러리로부터 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하였을 때에 남는 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리하여 얻어진다. 또한, 잔사탄은, 회분에 포함되는 산성 성분에 대한 염기성 성분의 비율(Base/Acid)이 저품위탄보다도 낮은 것이다.
Description
본 발명은, 석탄 연소 보일러에서의 연소에 사용되는 석탄 혼합 연료, 그 연소 방법 및 석탄 혼합 연료에 사용되는 석탄 연료에 관한 것이다.
종래부터, 석탄 연소 보일러에서의 연소에 사용되는 석탄 연료로서 역청탄(고품위탄)이 많이 사용되고 있다. 그런데, 최근에는, 자원 고갈 문제나 자원 선택지의 확대, 연료 비용의 저감화와 같은 관점에서, 저품위탄(예를 들어, 아역청탄, 갈탄 등)을 석탄 연소 보일러에서의 연소에 사용하는 시도가 확대되고 있다.
그러나, 석탄 연소 보일러에서의 연소에 저품위탄을 사용하는 것에는, 이하와 같은 문제점이 있다. 우선, 저품위탄의 회분은 염기성 성분을 많이 포함한다. 석탄 연소 보일러에서의 연소에 있어서는, 보일러 내의 노벽이나 전열관 등에 연소재가 부착된다. 그리고, 연소재의 부착은, 회분에 포함되는 염기성 성분의 비율이 높을수록 발생하기 쉽다. 그 결과, 열 흡수 효율이 저하될 우려가 있다. 또한, 저품위탄은 수분을 많이 포함한다. 그로 인해, 분쇄기(밀)에서의 건조 부하가 증대될 우려가 있다. 또한, 저품위탄은 역청탄에 비해 발열량이 낮다. 이상의 내용으로부터, 저품위탄은 역청탄에 비해 연소 효율이 나쁘다.
따라서, 상기 문제점의 해결을 시도한 기술로서, 저품위탄에 역청탄을 혼탄하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 석탄 연소 보일러의 재 부착성 억제 방법에서는, 회분에 염기성 성분을 많이 포함하는 석탄[아다로탄(저품위탄)]에 염기성 성분이 적은 역청탄의 연소재를 혼합한 혼합물을 석탄 혼합 연료로서 사용하는 것이 개시되어 있다. 그 결과, 염기성 성분이 희석되어 재 부착성이 완화된다고 일컬어지고 있다.
그러나, 저품위탄에 역청탄을 혼탄하는 경우, 저품위탄의 회분에 포함되는 염기성 성분을 희석하기 위해 많은 역청탄이 필요해진다. 그 결과, 저품위탄과 역청탄을 혼합하여 이루어지는 석탄 혼합 연료 전체에 대한 역청탄의 비율이 높아져 혼탄 효율이 나쁘다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 석탄 연소 보일러의 재 부착성 억제 방법에서는, 아다로탄(저품위탄)에 연소재를 혼합하고 있으므로, 충분한 발열량이 얻어지지 않는 경우가 있다. 나아가서는, 분쇄기(밀)에서의 건조 부하를 충분히 억제할 수 없는 경우도 있다.
따라서 본 발명은, 상기 과제에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 혼탄 효율 좋게 재 부착성을 억제할 수 있고, 또한, 분쇄기(밀)에서의 건조 부하를 저감할 수 있고, 발열량이 높은 석탄 혼합 연료, 그 연소 방법 및 이 석탄 혼합 연료에 사용되는 석탄 연료를 제공하는 것이다.
본 발명의 석탄 혼합 연료는, 저품위탄과, 석탄과 용제를 혼합 및 가열하여 이루어지는 슬러리로부터 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하였을 때에 남는 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리하여 얻어져 이루어지고, 또한, 회분에 포함되는 산성 성분에 대한 염기성 성분의 비율이 상기 저품위탄보다도 낮은 잔사탄을 혼합하여 이루어지는 것이다.
본 발명의 석탄 혼합 연료에서는, 혼탄 효율 좋게 재 부착성을 억제할 수 있다. 또한, 분쇄기(밀)에서의 건조 부하를 저감할 수 있음과 함께, 발열량을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 석탄 혼합 연료에 사용되는 잔사탄의 제조 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 석탄 혼합 연료를 연소시키는 석탄 연소 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 잔사탄의 혼탄율과 수분량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 잔사탄의 혼탄율과 회분량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 잔사탄의 혼탄율과 발열량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 잔사탄의 혼탄율과 융액 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 석탄 혼합 연료를 연소시키는 석탄 연소 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 잔사탄의 혼탄율과 수분량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 잔사탄의 혼탄율과 회분량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 잔사탄의 혼탄율과 발열량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 잔사탄의 혼탄율과 융액 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다.
(석탄 혼합 연료의 구성)
본 발명의 석탄 혼합 연료는, 저품위탄과 잔사탄을 혼합하여 이루어지는 석탄 혼합 연료이다. 우선, 이 석탄 혼합 연료에 사용되는 저품위탄과 잔사탄에 대해 설명한다.
(저품위탄)
본 발명의 석탄 혼합 연료에 사용되는 저품위탄은, 역청탄 등의 고품위탄과 비교하여 석탄 중의 수분량의 비율이 많고, 회분량의 비율이 적은 석탄이다. 구체적으로는, 석탄 중의 수분량이 수취 베이스[AR(As Received), 이하, 석탄 중의 수분량은 모두 수취 베이스로 나타냄]로, 20wt％ 이상 35wt％ 이하이며, 또한, 석탄 중의 회분량이 건조 베이스[DB(Dry Basis), 이하, 석탄 중의 회분량은 모두 건조 베이스로 나타냄]로, 8wt％ 이하의 석탄이 저품위탄의 기준으로 된다. 바람직하게는, 석탄 중의 수분량이 20wt％ 이상 35wt％ 이하이며, 또한, 석탄 중의 회분량이 4wt％ 이하이다.
저품위탄으로서는, 일본 공업 규격(JIS M 1002:1978)에서 규정되는 구분 D, E, F1 및 F2로 분류되는 석탄, 즉, 아역청탄, 갈탄을 들 수 있다.
구분 D로 분류되는 석탄은 소위 「아역청탄」 중, 발열량 7800 이상 8100㎉/㎏ 미만을 나타내는 것이다.
구분 E로 분류되는 석탄은 소위 「아역청탄」 중, 발열량 7300㎉/㎏ 이상 7800㎉/㎏ 미만을 나타내는 것이다.
구분 F1로 분류되는 석탄은 소위 「갈탄」 중, 발열량 6800 이상 7300㎉/㎏ 미만을 나타내는 것이다.
구분 F2로 분류되는 석탄은 소위 「갈탄」 중, 발열량 5800 이상 6800㎉/㎏ 미만을 나타내는 것이다.
단, 저품위탄은, 석탄 중의 수분량의 비율이 많고, 회분량의 비율이 적은 석탄이면, 아역청탄, 갈탄 이외의 석탄이어도 된다.
또한, 고품위탄으로서는, 일본 공업 규격(JIS M 1002:1978)에서 규정되는 구분 B1, B2 및 C로 분류되는 석탄, 즉, 역청탄을 들 수 있다.
구분 B1 및 B2로 분류되는 석탄은 소위 「역청탄」 중, 발열량 8400㎉/㎏ 이상을 나타내는 것이다.
구분 C로 분류되는 석탄은 소위 「역청탄」 중, 발열량 8100 이상 8400㎉/㎏ 미만을 나타내는 것이다.
또한, 일본 공업 규격(JIS M 1002-1978)에서 규정되는 발열량은 이하의 식에 기초하여 산출되는 값이며, 무수 무회 베이스의 발열량이다.
발열량(보정 무수 무회 베이스)＝발열량/(100－1.08×회분－수분)×100
저품위탄은, 일반적으로 회분에 포함되는 염기성 성분이 많고, 회분에 포함되는 산성 성분에 대한 염기성 성분의 비율[이하, Base(염기성 성분)/Acid(산성 성분)라고도 기재함]이 고품위탄에 비해 높다. Base/Acid는, 회분에 포함되는 염기성 성분의 총합을 회분에 포함되는 산성 성분의 총합으로 제산한 것이며, 슬래깅성 평가 지표라고도 일컬어진다. 회분에 포함되는 염기성 성분이라 함은, 예를 들어 Fe2O3, CaO, Na2O, K2O, MgO를 말한다. 한편, 회분에 포함되는 산성 성분이라 함은, 예를 들어 SiO2, Al2O3, TiO2를 말한다. 석탄 중에 포함되는 이들 염기성 성분 및 산성 성분의 비율은, ICP 발광법, 원자 흡광법, 흡광 광도법, 연소 적외선 흡수법, 형광 X선 분석법 등을 사용함으로써 측정된다.
저품위탄은, 이 Base/Acid가 0.15 이상인 경우가 많다. 한편, 고품위탄에서는, 이 Base/Acid가 0.12 미만인 경우가 많다. 슬래깅성 평가 지표(Base/Acid)에 의한 평가의 임계값은 다양하지만, Base/Acid가 0.1 미만에서는, 재 부착(슬래깅)의 정도가 “소”로 분류되고, 0.1 이상 0.3 이하에서는 “중”으로 분류되고, 0.3보다 큰 것은 “대”로 분류되는 경우가 있다(“대”일수록 재 부착이 발생하기 쉬움). 이 경우, 저품위탄은, 재 부착의 정도가 “중”∼“대”의 평가로 되고, 고품위탄은 “소”∼“중”의 평가로 된다.
통상의 석탄의 재 조성(Base/Acid＜1의 영역)에 있어서, 염기성 성분은 재의 융점을 낮추는 작용이 있으므로, 일반적으로 Base/Acid가 높은 저품위탄은 Base/Acid가 낮은 고품위탄과 비교하여 재의 융점이 낮다. 그로 인해, 저품위탄은 재의 융액 비율이 높아진다. 그 결과, 저품위탄을 미분탄 연소 보일러(2)(후술, 도 2 참조) 내에서 연소시키면, 화로(6)의 노벽(후술, 도 2 참조)이나 전열관군(7)(후술, 도 2 참조)에의 재 부착(슬래깅)이 발생하기 쉬워져, 열 흡수 효율이 저하될 우려가 있다.
여기서, 융액 비율이라 함은, 일정량의 고체 상태의 재 중, 어느 온도, 분위기 조건에 있어서, 액체 상태로 된 비율을 의미한다. 연소장에서 액체 상태로 된 재는 보일러의 가스 기류를 타고 부유하여, 화로(6)의 노벽이나 전열관군(7)에 부착된다. 이 융액 비율은, 미리 측정한 석탄 연료의 재가, 어느 조건(온도, 분위기 가스 조성)에 있어서, 열역학적으로 가장 안정되는, 즉, 깁스의 자유 에너지(△G)가 극소로 되는 상태의 조성이나 상을 열역학 평형 계산에 의해 산출한다. 또한, 융액 비율의 산출은, 미리 석탄 연료의 재를 가열하고, 각 온도 및 분위기 가스 조성에 있어서의 융액 비율을 측정해 두어도 된다. 이에 의해, 실제의 보일러의 상황에 맞춘 융액 비율을 구할 수 있다.
저품위탄은, 단독으로는 기존의 석탄 연소 장치(석탄 연소 보일러를 포함하는 연소 장치)에서의 사용이 어려운 석탄이다. 이것은, 상기한 바와 같이, 석탄 중의 수분량이 많고, Base/Acid가 높기 때문이다. 석탄 중의 수분량이 많으면, 분쇄기(4)(밀)(후술, 도 2 참조)에서의 건조 부하가 증대됨과 함께, 발열량이 내려간다. 또한, Base/Acid가 낮으면, 재 부착이 발생하기 쉽다. 그 결과, 저품위탄은 고품위탄에 비해 연소 효율이 낮다.
(잔사탄)
본 발명의 석탄 혼합 연료에 사용되는 잔사탄은, 무회탄 제조 공정에 있어서 부생되는 석탄이다. 무회탄이라 함은, 석탄으로부터 회분이 제거된 석탄을 말한다. 무회탄의 제조 방법은, 예를 들어 이하와 같다. 원료로 되는 석탄과 용제를 혼합하여 조정된 슬러리를 가열하여, 용제에 가용인 석탄 성분(이하, 용제 가용 성분)을 추출한다. 그 후, 용제 가용 성분을 포함하는 용액부와, 회분 등의 용제에 불용인 석탄 성분(이하, 용제 불용 성분)을 포함하는 고형분 농축액으로 분리한다. 그리고, 당해 용액부로부터 용제를 증발 분리하여, 무회탄이 제조된다. 한편, 잔사탄은, 잔존한 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리하여 제조된다. 또한, 이 잔사탄(및 무회탄)의 제조 방법에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다.
잔사탄의 원료로 되는 석탄은, 발열량이 높고, 회분에 포함되는 산성 성분에 대한 염기성 성분의 비율(Base/Acid)이 낮은 석탄이 바람직하다. 원료로 되는 석탄으로서, 일본 공업 규격(JIS M 1002:1978)에서 규정되는 역청탄이 적절하게 사용된다.
단, 잔사탄의 원료로 되는 석탄은, 저품위탄에 비해 Base/Acid가 낮은 것이라면, 역청탄 이외의 석탄을 사용해도 된다.
이 잔사탄은, 저품위탄과 비교하여 석탄 중의 회분량의 비율이 많지만, 수분량의 비율이 적다. 구체적으로는, 석탄 중의 수분량이 8wt％ 이하이며, 또한, 석탄 중의 회분량이 17wt％ 이상 25wt％ 이하인 것이 잔사탄의 기준이다. 바람직하게는, 석탄 중의 수분량이 5wt％ 이하이며, 또한, 석탄 중의 회분량이 17wt％ 이상 22wt％ 이하이다.
또한, 이 잔사탄은, 산성 성분에 대한 염기성 성분의 비율(Base/Acid)이 저품위탄보다도 낮다. 구체적으로는, Base/Acid가 0.12 미만이다. 이것은, 잔사탄의 원료로 되는 석탄의 재 성상이 잔사탄에 이어지기 때문이다(즉, 무회탄의 제조 공정에 있어서 원료로 되는 석탄의 재 성상은 변화되지 않음).
이상과 같이, 잔사탄은, 회분량의 비율이 높지만, 수분량의 비율이 낮다. 또한, Base/Acid가 저품위탄보다도 낮다. 수분량의 비율이 낮으므로, 저품위탄과 비교하여 높은 발열량(고품위탄과 동등 정도의 발열량)을 갖고 있다. 또한, Base/Acid가 낮으므로, 재 부착(슬래깅)이 발생하기 어렵다. 또한, 잔사탄은, 용제 추출 공정(후술) 후의 용제 불용 성분으로부터 제조되는 석탄이면, 무회탄 이외의 제조 공정으로부터 부생되는 것을 사용해도 된다.
(잔사탄의 제조 방법)
여기서, 잔사탄(및 무회탄)의 제조 방법에 대해 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 석탄 혼합 연료에 사용되는 잔사탄의 제조 장치(100)를 도시하는 개략도이다. 잔사탄의 제조 방법은, 슬러리 조제 공정, 추출 공정, 분리 공정, 무회탄 취득 공정 및 잔사탄 취득 공정 등을 구비하는 것이다.
(슬러리 조제 공정)
슬러리 조제 공정은, 석탄과 용제를 혼합하여 슬러리를 조제하는 공정이며, 슬러리 조제조(101)에서 행해진다.
용제는 석탄을 용해하는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 석탄 유래의 2환 방향족 화합물이 적절하게 사용된다. 이 2환 방향족 화합물은 기본적인 구조가 석탄의 구조 분자와 유사하므로 석탄과의 친화성이 높고, 비교적 높은 추출율을 얻을 수 있다. 석탄 유래의 2환 방향족 화합물로서는, 예를 들어 석탄을 건류하여 코크스를 제조할 때의 부생유의 증류유인 메틸 나프탈렌유, 나프탈렌유 등을 들 수 있다.
용제의 비점은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 추출 공정에서의 추출율 및 무회탄 취득 공정에서의 용제 회수율의 관점에서, 180∼300℃, 특히 230∼280℃의 것이 적절하게 사용된다.
용제에 대한 석탄의 농도는, 특별히 한정되지 않지만, 건조탄 기준으로 10∼50wt％의 범위가 바람직하고, 15∼35wt％의 범위가 보다 바람직하다.
(추출 공정)
추출 공정은, 슬러리 조제 공정에서 얻어진 슬러리를 가열하여, 용제 가용 성분을 추출하는 공정이며, 추출조(102)에서 행해진다. 슬러리 조제조(101)에서 조제된 슬러리는, 펌프(도시하지 않음) 등에 의해, 추출조(102)에 공급되고, 추출조(102)에 설치된 교반기(102a)로 교반되면서 소정 온도로 가열 유지되어 추출이 행해진다. 또한, 슬러리는, 일단 예열기(도시하지 않음)에 공급되어 소정 온도까지 가열된 후, 추출조(102)에 공급되어도 된다.
추출 공정에서의 슬러리의 가열 온도는, 용제 가용 성분이 용해될 수 있는 한 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 용제 가용 성분의 충분한 추출의 관점에서, 300∼420℃의 범위가 바람직하고, 350∼400℃의 범위가 보다 바람직하다. 가열 시간(추출 시간)도 또한 특별히 제한되는 것은 아니지만, 충분한 용해와 추출율의 관점에서 5∼60분간의 범위가 바람직하고, 20∼40분간의 범위가 보다 바람직하다. 또한, 예열기(도시하지 않음)에서 일단 가열한 경우의 가열 시간은, 예열기에서의 가열 시간 및 추출조(102)에서의 가열 시간을 합계한 것이다.
추출 공정은 불활성 가스의 존재하에서 행하는 것이 바람직하고, 저렴한 질소가 적절하게 사용된다. 또한, 추출 공정에서의 압력은, 추출 시의 온도나 사용하는 용제의 증기압에도 의존하지만, 1.0∼2.0㎫의 범위가 바람직하다.
(분리 공정)
분리 공정은, 추출 공정에서 얻어진 슬러리를, 중력 침강법에 의해 분리하는 중력 침강조(103)를 사용하여, 용액부와 고형분 농축액으로 분리하는 공정이다. 용액부는 용제 가용 성분이 용해된 용액 부분이며, 고형분 농축액은 용제 불용 성분을 포함하는 슬러리 부분이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 중력 침강법에 의해 분리하였지만, 예를 들어 여과법이나 원심 분리법에 의해 분리해도 된다.
(무회탄 취득 공정)
무회탄 취득 공정은, 분리 공정에서 분리된 용액부로부터 용제를 증발 분리하여 무회탄을 얻는 공정이며, 용제 회수 장치(104)에서 행해진다.
증발 분리라 함은, 일반적인 증류법이나 증발법(스프레이 드라이법 등) 등을 포함하는 분리 방법을 말한다. 분리하여 회수된 용제는 슬러리 조제조(101)로 순환하여 반복하여 사용할 수 있다. 무회탄은, 회분을 거의 포함하지 않고, 수분은 전무하며, 또한 예를 들어 원료탄보다도 높은 발열량을 나타낸다. 또한, 제철용 코크스의 원료로서 특히 중요한 품질인 연화 용융성이 대폭으로 개선되어, 예를 들어 원료탄보다도 훨씬 우수한 성능(유동성)을 나타낸다. 따라서, 무회탄은, 코크스 원료의 배합탄으로서 사용할 수 있다.
(잔사탄 취득 공정)
잔사탄 취득 공정은, 상기 분리 공정에서 분리된 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리하여 잔사탄을 얻는 공정이며, 용제 회수 장치(105)에서 실시된다.
증발 분리라 함은, 일반적인 증류법이나 증발법(스프레이 드라이법 등) 등을 포함하는 분리 방법을 말한다. 분리하여 회수된 용제는, 슬러리 조제조(101)로 순환하여 반복하여 사용할 수 있다. 용제의 분리·회수에 의해, 고형분 농축액으로부터는 회분 등을 포함하는 용제 불용 성분이 농축된 잔사탄을 얻을 수 있다. 잔사탄은 연화 용융성은 나타내지 않지만, 산소 함유 관능기가 탈리되어 있으므로, 배합탄으로서 사용한 경우에, 이 배합탄에 포함되는 다른 석탄의 연화 용융성을 저해하는 것은 아니다. 따라서, 이 잔사탄은, 코크스 원료의 배합탄의 일부로서 사용할 수도 있다.
(석탄 혼합 연료)
다음으로, 본 발명의 석탄 혼합 연료에 대해 설명한다. 본 발명의 석탄 혼합 연료는, 상기한 바와 같이, 저품위탄과 잔사탄을 혼합하여 이루어지는 석탄 혼합 연료이다.
잔사탄의 혼탄율(저품위탄과 잔사탄을 혼합하여 이루어지는 석탄 혼합 연료 전체에 대한 잔사탄의 비율)은, 수취 베이스로, 25wt％ 이상 50wt％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 35wt％ 이상 50wt％ 이하이다. 혼탄율을 상기 범위로 함으로써, 본 발명의 석탄 혼합 연료의 수분량을 약 20％ 이하, 회분량을 약 15％ 이하, 발열량을 약 5500㎉/㎏-GAD 이상, 융액 비율을 60％ 이하로 할 수 있다. 따라서, 일반적으로 미분탄 연소 장치에 사용하기 쉬운 석탄 혼합 연료가 얻어진다. 또한, GAD(Gross Air Dried)라 함은, 기건 베이스의 총 발열량을 나타낸다.
(석탄 혼합 연료의 연소 방법)
다음으로, 본 발명의 석탄 혼합 연료의 연소 방법에 대해 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 본 발명의 석탄 혼합 연료를 연소시키는 석탄 연소 장치(1)를 도시하는 개략도이다. 석탄 연소 장치(1)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 석탄 연소 보일러(2)(미분탄 연소 보일러)[이하, 보일러(2)라고 기재함]와, 석탄 사일로(3a), 혹은/및, 석탄 파일(3b) 및 석탄 호퍼(3c) 등으로 이루어지는 저탄 설비(3)와, 저탄 설비(3)로부터 운반된 석탄 혼합 연료를 열풍과 접촉시킴으로써 건조시키면서 분쇄하여 미분탄으로 하는 분쇄기(밀)(4)와, 보일러(2) 내에서 미분탄을 연소시키는 버너(5) 등을 구비한다. 또한, 석탄 사일로(3a) 및 석탄 파일(3b)에 저탄된 석탄 혼합 연료는, 예를 들어 벨트 컨베이어(3d)에 의해 석탄 호퍼(3c)로 운반된다.
저탄 설비(3)로부터 운반된 석탄 혼합 연료는, 우선 분쇄기(밀)(4)에서 분쇄되어 미분탄으로 된다. 또한, 미분탄으로 된 석탄 혼합 연료는, 블로워(도시하지 않음) 등에 의해 공기와 함께 보일러(2) 내로 송입되어 버너(5)에 의해 연소시켜진다. 그리고, 보일러(2) 내에서는 연소에 의해 발생한 열을 회수한다. 보일러(2)는, 공급된 미분탄을, 버너(5)에 의해 연소시켜 열을 발생시키는 화로(6)와, 화로(6)의 상방으로부터 하류에 걸쳐 배치되고, 연소 가스와 열교환을 행하여 증기를 회수하는 전열관군(7)을 구비하고 있고, 보일러(2)로부터 나온 연소 가스는 굴뚝으로부터 배출되게 되어 있다. 또한, 전열관군(7)은, 화로(6)의 하류에 소정의 간격으로 배치된 과열기, 재열기, 절탄기 등으로 이루어져 있다. 또한, 미분탄 연소식 보일러가 아니면 분쇄기(밀)(4)에 의해 미분탄화하는 공정은 없어도 된다.
저품위탄과 잔사탄은, 분쇄기(4)에 공급되기 전에 혼탄된다. 분쇄기(4) 내에서, 수분량의 비율이 많은 저품위탄을 단독으로 건조시키면 건조 부하가 증대되기 때문이다. 저품위탄과 잔사탄의 혼탄은, 예를 들어 벨트 컨베이어 상에서 행해도 되고, 저탄 설비(3)에서 행해도 되고, 언로드 전에(예를 들어, 석탄 운반선 내) 행할 수도 있다. 또한, 분쇄기(4)에서의 건조 부하가 증대되지만, 혼합하지 않고 각각 분쇄기(4)에서 건조시키면서 분쇄하여 미분탄으로 한 후, 각각의 버너(5)에서 이 미분탄을 연소시켜 보일러(2) 내에 공급하고, 보일러(2) 내에서 혼탄하도록 해도 된다.
실시예
잔사탄으로서 표 1에 나타내는 석탄 A를 사용하였다. 여기에서 말하는 「석탄 A」라 함은, 세제상의 「석탄」이라고 하는 의미가 아니라, 편의상의 명칭을 말한다. 또한, 저품위탄으로서 표 1에 나타내는 석탄 B 또는 석탄 C를 사용하였다. 석탄 A의 원료로 되는 석탄에는, 일본 공업 규격(JIS M 1002-1978)에서 규정되는 역청탄을 사용하였다. 그리고, 상기한 제조 방법(슬러리 조제 공정, 추출 공정, 분리 공정 및 잔사탄 취득 공정을 구비하는 제법)에 의해 잔사탄인 석탄 A를 제조하였다. 석탄 B 또는 C에는, 일본 공업 규격(JIS M 1002-1978)에서 규정되는 갈탄을 사용하였다. 또한, 표 1에 있어서는, 총 발열량을 ㎉/㎏(AR)으로 나타낸다. AR(As Received)이라 함은, 수취 베이스에서의 석탄의 발열량이며, 수분을 포함한 상태에서의 발열량을 말한다. 따라서, 일본 공업 규격(JIS M 1002-1978)에서 규정되는 발열량보다도 낮은 값으로 된다. 또한, 석탄 B 또는 C는, 일본 공업 규격(JIS M 1002-1978)에서는 갈탄이라고 규정되지만, 시장에 있어서는, 아역청탄이라고 분류되는 경우가 많은 석탄이다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 잔사탄인 석탄 A는, 수분량이 적지만, 회분량이 많다. 또한, 발열량이 높다(역청탄과 동일한 정도). 한편, 저품위탄인 석탄 B 또는 석탄 C는, 회분량은 적지만, 수분량이 많다. 또한, 회분에 포함되는 산성 성분에 대한 염기성 성분의 비율(Base/Acid)은, 표 1의 각 조성으로부터 상기한 산출 방법으로 산출하면 석탄 A가 0.11(평가가 “소”에 가까운 “중”), 석탄 B가 0.17(평가 “중”), 석탄 C가 0.29(평가가 “대”에 가까운 “중”)이다. 잔사탄인 석탄 A에 비해 저품위탄인 석탄 B 또는 석탄 C 쪽이 Base/Acid는 높은 것을 알 수 있다.
도 3∼도 6은 석탄 B 또는 석탄 C에 잔사탄인 석탄 A를 혼탄한 경우에 있어서의, 석탄 A의 혼탄율과 석탄 혼합 연료의 수분량, 회분량, 발열량, 융액 비율의 관계를 나타낸 그래프이다. 석탄 A의 혼탄율이 높을수록, 석탄 혼합 연료의 수분량 및 융액 비율이 저하되고(도 3, 도 6 참조), 발열량은 향상된다(도 5 참조). 그 결과, 회분량을 역청탄과 같은 정도로 억제한 상태에서(도 4 참조), 재 부착성을 억제할 수 있고, 분쇄기(4)(밀)에서의 건조 부하를 저감할 수 있고, 발열량을 향상시킬 수 있는, 석탄 혼합 연료로 할 수 있다. 또한, 석탄 A의 혼탄율이 25wt％ 이상 50wt％ 이하이면, 석탄 혼합 재료의 수분량을 약 20％ 이하, 회분량을 15％ 이하, 발열량 5500㎉/㎏-GAD 이상, 융액 비율 60％ 이하로 할 수 있다. 그 결과, 석탄 연소 장치(1)에 사용하기 쉬운 석탄 혼합 연료로 할 수 있다. 또한, 도 4에 있어서, DB(Dry Basis)라 함은, 건조 베이스의 회분량을 나타낸다. 또한, 도 5에 있어서, GAD(Gross Air Dried)라 함은, 기건 베이스의 총 발열량을 나타낸다. 또한, 도 6에 있어서, 융액 비율은, 온도:1250℃, 공기비:0.8의 분위기 조건에 있어서, 액체 상태로 된 비율을 나타내고 있다.
(효과 1)
다음으로, 본 발명의 석탄 혼합 연료의 효과를 설명한다. 본 발명의 석탄 혼합 연료는, 저품위탄과 잔사탄을 혼합하여 이루어진다. 잔사탄은, 석탄과 용제를 혼합 및 가열하여 이루어지는 슬러리로부터 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하였을 때에 남는 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리하여 얻어진다. 또한, 잔사탄은, 회분에 포함되는 산성 성분에 대한 염기성 성분의 비율(Base/Acid)이 저품위탄보다도 낮다.
(효과 1-1)
잔사탄의 Base/Acid는, 저품위탄의 Base/Acid보다도 낮다. 따라서, 본 발명의 석탄 혼합 연료의 Base/Acid는 희석되어 저품위탄의 Base/Acid보다도 낮아진다. 따라서, 석탄 혼합 연료의 융점이 내려가고, 석탄 혼합 연료의 회분의 융액 비율이 저하된다. 그 결과, 석탄 연소 보일러(2) 내에서 이 석탄 혼합 연료를 연소시켜도, 화로(6)의 노벽이나 전열관군(7)에의 슬래깅이 발생하기 어려워진다. 또한, 잔사탄은, 역청탄 등의 고품위탄보다도 회분량의 비율이 많다. 따라서, 저품위탄에 역청탄 등의 고품위탄을 혼탄한 경우보다도, 보다 적은 혼탄량으로 융액 비율을 저하시킬 수 있다. 따라서, 저품위탄에 역청탄 등의 고품위탄을 혼합하여 이루어지는 석탄 혼합 연료에 비해, 본 발명의 석탄 혼합 연료는 혼탄 효율이 높다. 또한, 그 결과, 많은 저품위탄을 사용하는 것이 가능해진다. 또한, 석탄 혼합 연료의 비용 억제에도 연결된다.
(효과 1-2)
잔사탄은, 저품위탄에 비해 수분량의 비율이 작다. 따라서, 본 발명의 석탄 혼합 연료의 수분량은, 저품위탄의 수분량보다도 적다. 따라서, 분쇄기(4)(밀)에서의 건조 부하를 억제할 수 있다. 또한, 수분량이 적으므로, 이 석탄 혼합 연료는 저품위탄에 비해 높은 발열량을 갖는다.
상기한 효과 1-1 및 효과 1-2로부터, 본 발명의 석탄 혼합 연료는, 저품위탄에 비해 연료 효율을 향상시킬 수 있고, 역청탄에 가까운 석탄 연료로 할 수 있다. 또한, 저품위탄과 잔사탄을 혼합함으로써, 석탄 중의 수분량이 많고 또한 Base/Acid가 높다고 하는 저품위탄의 단점과, 석탄 중의 회분량이 많다고 하는 잔사탄의 단점을 상쇄한 석탄 혼합 연료로 할 수 있다. 그 결과, 단독으로는 석탄 연료로서 사용하는 것이 어려운 저품위탄과 잔사탄을 유효 활용할 수 있다.
(효과 2)
저품위탄은, 수분량이 20wt％ 이상 35wt％ 이하, 또한, 회분량이 8wt％ 이하이다. 또한, 잔사탄은, 수분량이 8wt％ 이하, 또한, 회분량이 17wt％ 이상 25wt％ 이하이다. 따라서, 재 부착성의 억제, 분쇄기(4)(밀)에서의 건조 부하를 억제 및 발열량 향상의 효과가 확실하게 얻어진다.
(효과 3)
잔사탄의 혼탄율(저품위탄과 잔사탄을 혼합하여 이루어지는 석탄 혼합 연료 전체에 대한 잔사탄의 비율)은, 25wt％ 이상 50wt％ 이하이다. 그 결과, 본 발명의 석탄 혼합 연료의 수분량을 약 20％ 이하, 회분량을 15％ 이하, 발열량을 약 5500㎉/㎏-GAD 이상, 융액 비율을 60％ 이하로 할 수 있다. 따라서, 미분탄 연소 장치(1)에 사용하기 쉬운 석탄 혼합 연료가 얻어진다.
(효과 4)
저품위탄에 일본 공업 규격(JIS M 1002:1978)에서 규정되는 갈탄 또는 아역청탄이 사용됨과 함께, 잔사탄의 원료로 되는 석탄에 일본 공업 규격(JIS M 1002:1978)에서 규정되는 역청탄이 사용된다. 따라서, 범용성이 있는 석탄 재료가 사용되므로, 본 발명의 석탄 혼합 재료를 용이하게 제조할 수 있다.
(효과 5)
본 발명의 석탄 혼합 연료의 연소 방법은, 본 발명의 석탄 혼합 연료를 보일러(2) 내에 공급하여 연소시키는 연소 방법이다. 따라서, 재 부착성을 억제할 수 있어 발열량을 향상시킨, 연소 효율이 좋은 보일러(2)의 운전(석탄 연료의 연소)을 행할 수 있다.
(효과 6)
또한, 본 발명의 석탄 혼합 연료의 연소 방법은, 석탄 혼합 연료를 분쇄하여 미분탄으로 한 후에, 공기와 함께 보일러(2) 내에 불어 넣는 연소 방법이다. 따라서, 연소 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
(효과 7)
또한, 본 발명의 석탄 혼합 연료의 연소 방법은, 분쇄하여 미분탄으로 하기 전에 석탄 혼합 연료를 혼합해 두는 연소 방법이다. 따라서, 분쇄기(4)에서 건조시키면서 분쇄하여 미분탄으로 할 때에, 저품위탄에 비해 분쇄기(4)에서의 건조 부하를 저감할 수 있다.
(효과 8)
본 발명의 석탄 혼합 연료에 포함되는 석탄 연료인 잔사탄은, 석탄과 용제를 혼합 및 가열하여 이루어지는 슬러리로부터 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하였을 때에 남는 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리하여 얻어진다. 또한, 잔사탄은, Base/Acid가 0.12 미만이며, 수분량이 8wt％ 이하이며, 또한, 회분량이 17wt％ 이상 25wt％ 이하이다. 따라서, 무회탄 제조 공정에 있어서 잔존하는 고형분 농축액을 유효 이용할 수 있다. 또한, Base/Acid가 낮고 또한 회분량의 비율이 높으므로, 적은 혼탄량으로 저품위탄과 같은 Base/Acid가 높은 석탄의 Base/Acid를 희석할 수 있다. 그 결과, 혼탄 효율이 높고 또한, 수분량이 작으므로, 분쇄기(4)(밀)에서의 건조 부하를 저감할 수 있고, 발열량도 높다. 이상의 내용으로부터, 저품위탄과 혼탄하는 석탄 연료에 적합하다.
본 발명을 상세하고 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변형이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명확하다.
본 출원은, 2011년 10월 13일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2011-226137호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명은, 저품위탄을 사용한 석탄 연소 보일러에서의 사용에 적합하다.
1 : 석탄 연소 장치
2 : 석탄 연소 보일러(보일러)
3 : 저탄 설비
4 : 분쇄기
5 : 버너
6 : 화로
7 : 전열관군
100 : 무회탄 제조 장치
2 : 석탄 연소 보일러(보일러)
3 : 저탄 설비
4 : 분쇄기
5 : 버너
6 : 화로
7 : 전열관군
100 : 무회탄 제조 장치
Claims (8)
- 저품위탄과,
석탄과 용제를 혼합 및 가열하여 이루어지는 슬러리로부터 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하였을 때에 남는 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리하여 얻어져 이루어지고, 또한, 회분에 포함되는 산성 성분에 대한 염기성 성분의 비율이 상기 저품위탄보다도 낮은 잔사탄을 혼합하여 이루어지는, 석탄 혼합 연료. - 제1항에 있어서, 상기 저품위탄은, 수분량이 20wt％ 이상 35wt％ 이하, 또한, 회분량이 8wt％ 이하이며,
상기 잔사탄은, 수분량이 8wt％ 이하, 또한, 회분량이 17wt％ 이상 25wt％ 이하인, 석탄 혼합 연료. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 잔사탄의 혼탄율은, 25wt％ 이상 50wt％ 이하인, 석탄 혼합 연료.
- 제1항에 있어서, 상기 저품위탄은, 갈탄 또는 아역청탄임과 함께, 상기 잔사탄의 원료로 되는 석탄은, 역청탄인, 석탄 혼합 연료.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 석탄 혼합 연료를, 보일러에 공급하고 연소시키는, 석탄 혼합 연료의 연소 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 석탄 혼합 연료를 분쇄하여 미분탄으로 한 후에, 공기와 함께 보일러 내에 불어 넣고, 상기 보일러 내에서 연소시키는, 석탄 혼합 연료의 연소 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 석탄 혼합 연료는, 분쇄되어 미분탄으로 되기 전에, 상기 저품위탄과 상기 잔사탄이 혼합되는, 석탄 혼합 연료의 연소 방법.
- 석탄과 용제를 혼합 및 가열하여 이루어지는 슬러리로부터 용제에 가용인 석탄 성분을 포함하는 용액부를 분리하였을 때에 남는 고형분 농축액으로부터 용제를 증발 분리하여 얻어져 이루어지고, 또한, 회분에 포함되는 산성 성분에 대한 염기성 성분의 비율이 0.12 미만이며, 수분량이 8wt％ 이하이며, 또한, 회분량이 17wt％ 이상 25wt％ 이하인, 석탄 연료.
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