KR20170056498A

KR20170056498A - 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템

Info

Publication number: KR20170056498A
Application number: KR1020170060371A
Authority: KR
Inventors: 배종석; 정경효
Original assignee: (주)하나이엔지
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2017-05-23

Abstract

본 발명의 목적은 원료가 되는 석탄의 성상 정보를 기초로 플라이애쉬로부터 미연탄소를 에너지 효율적으로 분리할 수 있는 미연탄소 분리 시스템을 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템은 석탄을 연소하여 플라이애쉬를 발생시키는 보일러와; 상기 플라이애쉬가 저장되는 저장탱크부와; 상기 플라이애쉬가 유입되는 유입부와, 상기 유입부와 연통되며 하부에 형성되는 하부 배출구를 가지고 수직방향으로 연장되는 외통부와, 상부에 형성되는 상부 배출구를 가지고 상기 외통부의 내부에 동심적으로 배치되는 내통부를 포함하며, 상기 플라이애쉬로부터 상기 미연탄소가 1차적으로 분리된 1차 정제애쉬를 상기 상부배출구를 통해 배출하는 싸이클론 분리부와; 상기 싸이클론 분리부와 연결되며, 상기 1차 정제애쉬로부터 상기 미연탄소를 정전분리 방식으로 2차적으로 분리하는 정전분리부와; 상기 상부배출구와 상기 정전분리부 간을 연결하는 이동통로 상에 배치되며, 상기 1차정제애쉬의 상기 정전분리부로의 이동을 허용하거나 차단하는 분기밸브와; 상기 석탄의 성상 정보를 기초로 상기 보일러에서 발생되는 상기 플라이애쉬에 포함되는 상기 미연탄소의 농도를 추정하는 미연탄소 추정부를 가지며, 상기 미연탄소 추정부에 의해 추정된 상기 미연탄소의 농도가 미리 설정된 농도 이상일 경우 상기 1차정제애쉬가 상기 정전분리부에 공급되도록 상기 분기밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템{SYSTEM FOR SEPARATING UNBURNED CARBON IN FLY-ASH}

본 발명은 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템에 관한 것이다.

석탄의 연소에 의해 발생하는 플라이애쉬는 부득이하게 연소되지 않은 미연탄소를 포함한다. 이러한 플라이애쉬는 미연탄소의 농도가 5% 이하일 경우, 콘크리트 혼화재 등으로 재활용이 가능하지만 그 이상일 경우에는 폐기물로써 환경오염을 유발한다. 그래서 플라이애쉬의 재활용을 위해, 플라이애쉬에 포함되는 미연탄소의 농도를 5% 이하로 낮추는 것이 중요하다.

한편, 석탄은 그 채굴지역에 따라 휘발분, 고유수분, 회분, 산소 등과 같은 성상이 서로 다르게 나타나며, 이러한 성상에 따라 고품위탄과 저품위탄으로 구분된다. 일반적으로 고품위탄은 보일러에서 연소될 경우 미연탄소의 농도가 낮고, 저품위탄은 미연탄소의 농도가 높게 나타난다. 그러나 종래의 미연탄소 분리 시스템은 화력발전의 연료가 되는 석탄의 성상을 고려하지 않고, 보일러에서 발생하는 플라이애쉬를 일괄적으로 처리하여 에너지소모량 대비 미연탄소의 분리효율이 비교적 낮은 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 원료가 되는 석탄의 성상 정보를 기초로 플라이애쉬로부터 미연탄소를 에너지 효율적으로 분리할 수 있는 미연탄소 분리 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템은 석탄을 연소하여 플라이애쉬를 발생시키는 보일러와; 상기 플라이애쉬가 저장되는 저장탱크부와; 상기 플라이애쉬가 유입되는 유입부와, 상기 유입부와 연통되며 하부에 형성되는 하부 배출구를 가지고 수직방향으로 연장되는 외통부와, 상부에 형성되는 상부 배출구를 가지고 상기 외통부의 내부에 동심적으로 배치되는 내통부를 포함하며, 상기 플라이애쉬로부터 상기 미연탄소가 1차적으로 분리된 1차 정제애쉬를 상기 상부배출구를 통해 배출하는 싸이클론 분리부와; 상기 싸이클론 분리부와 연결되며, 상기 1차 정제애쉬로부터 상기 미연탄소를 정전분리 방식으로 2차적으로 분리하는 정전분리부와; 상기 상부배출구와 상기 정전분리부 간을 연결하는 이동통로 상에 배치되며, 상기 1차정제애쉬의 상기 정전분리부로의 이동을 허용하거나 차단하는 분기밸브와; 상기 석탄의 성상 정보를 기초로 상기 보일러에서 발생되는 상기 플라이애쉬에 포함되는 상기 미연탄소의 농도를 추정하는 미연탄소 추정부를 가지며, 상기 미연탄소 추정부에 의해 추정된 상기 미연탄소의 농도가 미리 설정된 농도 이상일 경우 상기 1차정제애쉬가 상기 정전분리부에 공급되도록 상기 분기밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 미연탄소 추정부는 다음 수학식 1을 이용하여 상기 미연탄소의 농도를 추정하는 것이 상기 플라이애쉬에 포함되는 상기 미연탄소의 농도를 비교적 정확하게 추정할 수 있다.

그리고 상기 정전분리부는 외주면을 가지고 수평방향 축선을 중심으로 회전하는 드럼과, 상기 1차정제애쉬를 상기 드럼의 외주면에 공급하는 공급부와, 상기 외주면을 향해 코로나를 방전하는 코로나방전부와, 상기 코로나방전부의 하부에서 상기 외주면을 향해 정전기를 방전하는 정전방전부와, 상기 드럼의 하부에서 상기 수평방향에 가로방향을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 분별수집부를 포함하는 것이 상기 1차정제애쉬를 비교적 효율적으로 분리할 수 있다.

또한, 상기 공급부는 상기 드럼의 상측에 설치되며 상기 1차정제애쉬를 수집하는 수집부와, 상기 수집부에 수용된 1차정제애쉬의 공급량을 조절하는 공급밸브와, 상기 공급밸브에 의해 공급되는 상기 1차정제애쉬를 상기 드럼에 공급하는 공급벨트를 포함하는 것이 상기 1차정제애쉬의 상기 드럼에 대한 공급량을 조절할 수 있어 바람직하다.

한편, 상기 싸이클론 분리부는 내경면이 구리재질로 코팅된 메인유동부를 포함하며, 상기 내통부는 하부에서 플러스 전극을 갖는 플러스 전극부를 갖는 것이 상기 1차정제애쉬를 비교적 효과적으로 분리할 수 있다.

본 발명에 따른 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템은 원료가 되는 석탄의 성상 정보를 기초로 플라이애쉬로부터 미연탄소를 에너지 효율적으로 분리할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템을 나타낸 구성도이고,
도 2는 미연탄소 계산식 도출을 위한 적합선 플롯을 나타낸 그래프이고,
도 3은 본 발명에 따른 싸이클론 분리부의 단면도이며,
도 4는 본 발명에 따른 정전분리부를 나타낸 개략적인 단면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템을 나타낸 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 미연탄소 분리 시스템은 석탄을 연소시키는 보일러(100)와, 보일러(100)에서 생성된 플라이애쉬가 저장되는 저장탱크부(150)와, 이 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하기 위해 마련된 싸이클론 분리부(300) 및 정전분리부(500)를 포함한다. 여기서, 보일러(100)는 500MW급 표준석탄화력보일러로 마련된다. 보일러(100)에서 생성된 플라이애쉬는 보일러(100)와 저장탱크부(150)를 상호 연결하는 이동관을 통해 다이렉트로 저장탱크부(150)로 이동되거나, 수거차량에 의해 전달될 수 있다.

본 시스템은 연료로써 보일러(100)에 투입되는 석탄의 성상 정보를 기초로 보일러(100)에서 발생되는 플라이애쉬에 포함되는 미연탄소의 농도를 추정하는 미연탄소 추정부를 포함하는 제어부(10)를 갖는다. 미연탄소 추정부는 다음 수학식 2를 이용하여 미연탄소의 농도를 산출한다.

여기서, 석탄의 휘발분, 회분, 산소 및 고유수분의 양은 해당 석탄에 대한 연소시험에 의해 도출된다. 구체적으로, 휘발분은 석탄 시료를 920 내지 930℃에서 7분간 가열했을 때 감량된 무게 값에 대한 백분율에서 고유수분 백분율 값을 감한 값이고, 회분은 석탄 시료를 통기량이 충분히 큰 전기로에서 790 내지 810℃로 연소시키고 남은 회의 백분율 값이며, 산소는 석탄 시료 중에 함유된 원자상태의 산소함량을 백분율로 산출한 것이고, 고유수분은 석탄시료를 105 내지 110℃에서 1시간 동안 가열 건조했을 때 감량된 무게값에 대한 백분율이다. 휘발분, 회분, 산소 및 고유수분의 백분율 합은 100이 된다.

도 2는 “휘발분-회분+4.6X고유수분+1.8X산소”를 변수 X로 정의하고, 이를 3차 회귀방정식으로 도식화한 것이다. 즉, 도 2는 다음 수학식 3을 그래프로 나타낸 것이다.

예를 들면, X값이 40일 경우 미연탄소는 4%로 추정된다. 본 시스템은 이러한 계산식에 의해 미연탄소의 농도를 추정하는 미연탄소 추정부를 이용하여 보일러(100)에 공급되는 석탄의 성상 정보를 기초로 보일러(100)에서 발생되는 플라이애쉬의 미연탄소의 농도를 추정할 수 있다.

본 시스템은 저장탱크부(150)의 플라이애쉬를 싸이클론 분리부(300)에 불어넣는 송풍팬(200)을 갖는다. 송풍팬(200)은 구동모터와, 구동모터에 의해 회전하는 블레이드를 갖는다. 이러한 송풍팬(200)은 저장탱크부(150)로부터 공급되는 플라이애쉬를 바람으로써 싸이클론 분리부(300)에 공급한다.

도 3는 본 발명에 따른 싸이클론 분리부(300)의 단면도이다. 본 발명에 따른 싸이클론 분리부(300)의 단면도이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 싸이클론 분리부(300)는 플라이애쉬가 유입되는 유입부(310)와, 유입부(310)와 연통되며 하부에 형성되는 하부 배출구(331)를 가지고 수직방향으로 연장되는 외통부(330)를 갖는다. 여기서, 유입부(310)는 외통부(330)의 외경 측으로 편심된 상태로 외통부(330)의 가로방향으로 접속되는 것이 바람직하다. 외통부(330)는 하부에서 하방을 따라 갈수록 직경이 축소되는 직경축소부(333)를 가지며, 하부배출구(331)는 직경축소부(333)의 하단부에 마련된다.

싸이클론 분리부(300)는 외통부(330)의 내부에 동심적으로 배치되는 내통부(350)를 갖는다. 내통부(350)는 외통부(330)의 상측으로 연장되어 노출되는 상부 배출구(351)를 갖는다. 내통부(350)의 하단부는 외통부(330)의 내부에 마련된다.

이러한 구조에 의해, 유입부(310)를 통해 유입되는 플라이애쉬는 중력과 원심력에 의해 외통부(330)의 축선을 중심으로 회전하면서 하향 이동된다. 그리고 비교적 입자가 큰 미연탄소는 하부배출구(331)를 통해 배출되며, 비교적 입자가 작은 1차정제애쉬는 외통부(330) 중앙에 형성되는 상승기류를 따라 내통부(350)를 통해 상부배출구(351)로 배출된다.

한편, 본 싸이클론 분리부(300)는 유입부(310)와 외통부(330)가 접속하는 영역에서 내면이 구리재질로 코팅된 메인유동부(315)를 포함하며, 내통부(350)는 하단부에서 플러스 전극을 띄는 플러스 전극부(353)를 갖는다. 이러한 구성에 의해, 본 싸이클론 분리부(300)는 유입부(310)를 통해 유입되는 플라이애쉬가 메인유동부(315)의 내면과 마찰되도록 유도하여 미연탄소가 플러스 극으로, 1차정제애쉬는 마이너스 극으로 대전되도록 할 수 있으며, 내통부(350)의 플러스 전극부(353)를 통해 미연탄소는 척력으로써 하향 낙하되도록 하고, 1차정제애쉬는 약한 인력으로써 내통부(350)로의 유입이 원활해지도록 할 수 있다.

본 시스템은 싸이클론 분리부(300)의 하부에 배치되며, 하부배출구(331)를 통해 배출되는 미연탄소를 수용하는 미연탄소 수집부(370)를 포함한다. 미연탄소 수집부(370)에 수용된 미연탄소는 재연소 처리하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 미연탄소 분리 시스템은 상부배출구(351)를 통해 배출되는 1차정제애쉬를 정전분리부(500) 또는 정제애쉬저장부(600)로 분기하는 분기밸브(400)를 포함한다. 제어부(10)는 미연탄소 추정부에 의해 추정된 미연탄소의 농도가 미리 설정된 농도 이상일 경우 1차정제애쉬가 정전분리부(500)에 공급되도록 분기밸브(400)를 제어한다. 한편, 제어부(10)는 미연탄소 추정부에 의해 추정된 미연탄소의 농도가 미리 설정된 농도 이하일 경우에는 1차정제애쉬가 정제애쉬저장부(600)로 이송되도록 분기밸브(400)를 제어한다.

도 4는 본 발명에 따른 정전분리부(500)를 나타낸 개략적인 단면도이다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 정전분리부(500)는 본체(530)와, 본체(530) 상부에 설치되며 1차정제애쉬를 수집 및 공급하는 수집공급부(510)를 포함한다. 수집공급부(510)는 1차정제애쉬를 수용하는 수집부(511)와, 수집부(511)에 수용된 1차정제애쉬를 본체(530) 내부로 공급하는 공급밸브(515)를 포함한다.

정전분리부(500)는 본체(530) 내부에 설치되며 외주면을 가지고 수평방향 축선을 중심으로 회전하는 드럼(570)과, 드럼(570)의 상부에 설치되어 수집공급부(510)에 의해 공급되는 1차정제애쉬를 수령하여 드럼(570)의 외주면에 공급하는 공급벨트(540)를 갖는다. 도 4에 도시된 드럼(570)은 시계방향으로 회전한다.

정전분리부(500)는 드럼(570)의 인근 영역에 설치되어 드럼(570)의 외주면을 향하여 코로나를 방전할 수 있는 코로나 방전부(550)와, 코로나 방전부(550)의 하부에 설치되어 플러스 전극을 띄는 정전방전부(560)를 갖는다. 비교적 전도성이 높은 미연탄소는 코로나방전에 의해 마이너스 극성을 띄게 되며, 전도성을 갖지 않는 애쉬는 코로나방전에 의해 플러스 극성을 띄게 된다.

정전분리부(500)는 드럼(570)의 하부에 설치되는 분별수집부(590)를 갖는다. 분별수집부(590)는 1차정제애쉬의 공급방향을 따라 먼 쪽에서부터 가까운 쪽으로 가면서 제1수집부(591), 제2수집부(592) 및 제3수집부(593)로 순차적으로 구분된다. 제3수집부(593)의 수직방향 상부에는 드럼(570)의 외주면과 접촉하는 브러쉬(580)가 설치된다.

이러한 구조에 의해, 드럼(570)의 외주면에 공급되는 1차정제애쉬는 1차적으로 코로나방전(550)에 의해 미연탄소와 정제애쉬가 서로 다른 극성을 갖게 된다. 그리고 미연탄소는 코로나방전부(550)의 하부에 설치되는 정전방전부(560)의 인력에 의해 비교적 멀리 떨어져 제1수집부(591)에서 낙하하게 된다. 즉, 미연탄소는 제1수집부(591)에 수집되며, 정제애쉬는 제2수집부(592) 및 제3수집부(593)에 수집된다. 제2수집부(592)에 수용된 정제애쉬를 수집공급부(510)로 다시 이송시켜 상술한 정전분리과정을 반복할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템은 보일러(100)에 투입되는 석탄의 성상정보를 기초로 보일러(100)에서 발생하는 플라이애쉬의 미연탄소의 농도를 추정하고, 이렇게 추정된 미연탄소의 농도 값을 토대로 플라이애쉬를 싸이클론 분리부(300)로써 1차적으로만 처리하거나 싸이클론 분리부(300) 및 정전분리부(500)로써 2차적으로까지 처리하는 공정을 선택할 수 있다. 이에 따라, 본 시스템은 보일러(100)에 투입되는 석탄의 성상 정보를 기초로 플라이애쉬를 재활용이 가능한 재료로 에너지 효율적으로 처리할 수 있다.

Claims

플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템에 있어서,
석탄을 연소하여 플라이애쉬를 발생시키는 보일러와;
상기 플라이애쉬가 저장되는 저장탱크부와;
상기 플라이애쉬가 유입되는 유입부와, 상기 유입부와 연통되며 하부에 형성되는 하부 배출구를 가지고 수직방향으로 연장되는 외통부와, 상부에 형성되는 상부 배출구를 가지고 상기 외통부의 내부에 동심적으로 배치되는 내통부를 포함하며, 상기 플라이애쉬로부터 상기 미연탄소가 1차적으로 분리된 1차 정제애쉬를 상기 상부배출구를 통해 배출하는 싸이클론 분리부와;
상기 싸이클론 분리부와 연결되며, 상기 1차 정제애쉬로부터 상기 미연탄소를 정전분리 방식으로 2차적으로 분리하는 정전분리부와;
상기 싸이클론 분리부의 상기 상부배출구와 상기 정전분리부 사이를 연결하는 이동통로 상에 배치되며, 상기 1차 정제애쉬를 상기 정전분리부 또는 정제애쉬저장부 중 어느 하나로 선택적으로 공급하도록 동작하는 분기밸브와;
상기 석탄의 성상 정보를 기초로 상기 보일러에서 발생되는 상기 플라이애쉬에 포함되는 상기 미연탄소의 농도를 추정하는 미연탄소 추정부를 가지며, 상기 미연탄소 추정부에 의해 추정된 상기 미연탄소의 농도가 미리 설정된 농도 이상일 경우 상기 1차정제애쉬가 상기 정전분리부에 공급되도록 상기 분기밸브를 제어하고, 상기 추정된 미연탄소의 농도가 상기 미리 설정된 농도 이하인 경우, 상기 1차 정제애쉬가 상기 정제애쉬저장부로 공급되도록 상기 분기밸브를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 정전분리부는,
외주면을 가지고 수평방향 축선을 중심으로 회전하는 드럼과, 상기 1차정제애쉬를 상기 드럼의 외주면에 공급하는 공급부와, 상기 드럼의 일측에 배치되어 상기 외주면을 향해 코로나를 방전하는 코로나방전부와, 상기 코로나방전부의 하부에서 상기 외주면을 향해 정전기를 방전하는 정전방전부와, 상기 드럼의 하부에서 상기 수평방향에 가로방향을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 분별수집부를 포함하고,
상기 공급부는 상기 드럼의 상측에 설치되며 상기 1차정제애쉬를 수집하는 수집부와, 상기 수집부에 수용된 1차정제애쉬를 상기 회전하는 드럼에 공급하거나 공급을 차단하며, 상기 분기밸브를 통과한 상기 1차 정제애쉬를 상기 수집부에 수집하였다가 공급하는 공급밸브와, 상기 공급밸브에 의해 공급되는 상기 1차정제애쉬를 상기 드럼에 공급하는 공급벨트를 포함하고,
상기 수집부 및 상기 공급밸브는 상기 정전분리부의 입력측에 설치된 것을 특징으로 하는 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 미연탄소 추정부는,
다음 수학식 4를 이용하여 상기 미연탄소의 농도를 추정하는 것을 특징으로 하는 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템.
[수학식 4]
제1항에 있어서,
상기 싸이클론 분리부는 내경면이 구리재질로 코팅된 메인유동부를 포함하며,
상기 내통부는 하부에서 플러스 전극을 갖는 플러스 전극부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라이애쉬로부터 미연탄소를 분리하는 시스템.