KR20190005616A

KR20190005616A - 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템

Info

Publication number: KR20190005616A
Application number: KR1020170086540A
Authority: KR
Inventors: 배종석
Original assignee: (주)하나이엔지
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-01-16
Also published as: KR101953289B1

Abstract

본 발명의 목적은 애쉬로부터 분리된 미연탄분이 보일러의 중앙으로 접근할 수 있도록 미연탄분을 펠렛화 하여 재연소하는 석탄 화력발전시스템을 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템은 석탄을 연료로 하는 보일러와; 상기 보일러로부터 발생하는 미연탄분을 포함하는 애쉬를 포집하는 애쉬포집부와; 상기 포집된 애쉬로부터 상기 미연탄분을 분리하는 미연탄분 분리부와; 상기 미연탄분이 저장되는 미연탄분 저장부와; 상기 미연탄분을 펠렛화하는 미연탄분 펠렛화부와; 상기 펠렛화된 미연탄분을 상기 보일러에 공급하는 혼합공급부를 포함한다.

Description

펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템{SYSTEM OF COAL-FIRED POWER GENERATION FOR RE-BURNING PELLTIZED UNBURNED CARBON}

본 발명은 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템에 관한 것이다.

석탄 화력발전소에서는 석탄을 연소시키고 남은 석탄회가 발생한다. 이러한 석탄회는 미연탄분의 함량(LOI, Loss of ignition)에 따라 그 함량이 6% 미만인 경우 골재 등의 원료로 재활용되지만 6% 이상인 경우에는 재활용이 불가능하여 매립되고 있다. 이에 따라, 석탄회의 매립비용을 줄이고 재활용 비율을 높이기 위해, 애쉬로부터 미연탄분을 분리하는 기술이 개발되고 있으며, 또 분리된 미연탄분을 석탄연료와 함께 석탄화력발전소의 보일러에 투입하는 기술이 개시된 바 있다.

그러나 애쉬로부터 분리된 미연탄분은 그 입자의 크기가 작기 때문에, 그대로 석탄화력발전소의 보일러에 다시 투입될 경우 보일러 중앙으로 접근하지 못하고 비교적 온도가 낮은 내벽면 쪽에서 상승하면서 여전히 미연소될 가능성이 높다.

본 발명의 목적은 애쉬로부터 분리된 미연탄분이 보일러의 중앙으로 접근할 수 있도록 미연탄분을 펠렛화 하여 재연소하는 석탄 화력발전시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템은 석탄을 연료로 하는 보일러와; 상기 보일러로부터 발생하는 미연탄분을 포함하는 애쉬를 포집하는 애쉬포집부와; 상기 포집된 애쉬로부터 상기 미연탄분을 분리하는 미연탄분 분리부와; 상기 미연탄분이 저장되는 미연탄분 저장부와; 상기 미연탄분을 펠렛화하는 미연탄분 펠렛화부와; 상기 펠렛화된 미연탄분을 상기 보일러에 공급하는 혼합공급부를 포함한다.

여기서, 상기 석탄을 분쇄하는 석탄분쇄부를 더 포함하며, 상기 혼합공급부는 상기 분쇄된 석탄과 상기 펠렛화된 미연탄분을 혼합하여 상기 보일러에 공급하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 펠렛화된 미연탄분의 상기 분쇄된 석탄에 대한 중량비는 3%이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 미연탄분 펠렛화부는 상기 미연탄분과 바인더를 혼합하는 공정과, 상기 미연탄분과 상기 바인더를 교반하여 상기 미연탄분을 매쓰화하는 공정과, 상기 매쓰화된 미연탄분을 미리 설정된 크기의 펠렛으로 성형하는 공정을 통해 상기 미연탄분을 펠렛화하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 매쓰화하는 공정에서 석탄 분말, 목재 폐기물 중 적어도 하나를 첨가하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템은 애쉬로부터 분리된 미연탄분을 펠렛화함으로써 연료로 공급되는 석탄과 함께 보일러의 중앙으로 접근할 수 있도록 하여 비교적 연소효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 석탄 화력발전시스템을 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 미연탄분을 펠렛화하는 방법을 나타낸 순서도이고,
도 3은 본 발명에 따른 애쉬로부터 미연탄분을 분리하는 미연탄분 분리장치를 나타낸 설명도이며,
도 4는 본 발명에 따른 미연탄분 분리장치를 이용한 미연탄분 분리방법을 나타낸 순시도이다.

도 1는 본 발명에 따른 미연탄분을 펠렛화하는 미연탄부 펠렛화부(1)를 포함하는 석탄 화력발전시스템을 나타낸 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 석탄 화력발전소시스템은 석탄을 연료로 하는 보일러(30)와, 보일러(30)로부터 발생하는 증기 및 배출가스로부터 미연탄분을 포함하는 애쉬를 포집하는 포집부(40)를 포함한다. 여기서, 포집부(40)에 의해 포집된 미연탄분을 포함하는 애쉬는 사일로(60)에 저장되며, 애쉬 이외의 증기 및 가스는 탈질, 탈황설비를 갖춘 배연부(50)를 통해 배출된다.

사일로(60)에 저장된 미연탄분을 포함하는 애쉬는 연속적 또는 단속적으로 미연탄분 분리장치(70)로 공급된다. 미연탄분 분리장치(70)는 미연탄분을 포함한 애쉬로부터 미연탄분을 분리한다. 미연탄분 분리장치(70)에 의해 분리된 미연탄분은 미연탄분 저장부(90)로 이송되며, 정제애쉬는 정제애쉬 수집부(80)로 각각 이송된다. 정제애쉬 수집부(80)에 저장된 정제애쉬는 별도의 미연탄분 함량(LOI)을 검사한 후 그 함량이 6%미만인 경우 재활용될 수 있도록 처리한다.

미연탄분 저장부(90)에 저장된 미연탄분은 일정량 이상 저장되었을 경우, 미연탄분을 펠렛화하는 미연탄분 펠렛화부(1)로 이송된다. 미연탄분 저장부(90)는 저장된 미연탄분의 저장량을 체크하기 위해, 체크센서를 포함한다. 체크센서는 적외선 센서 또는 물리적 센서로 이루어질 수 있다. 애쉬로부터 분리된 미연탄분은 그 입자의 크기가 작기 때문에 그대로 보일러(30)에 투입될 경우 보일러 중앙으로 접근하지 못하고 비교적 온도가 낮은 보일러 내벽면 쪽에서 상승하면서 미연소될 가능성이 있기 때문에 보일러의 중앙부분으로 접근할 수 있도록 펠렛화하는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 미연탄분을 펠렛화하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 미연탄분을 펠렛화하는 방법은 먼저 미연탄분과 바인더를 교반통에 넣고 혼합한다(S10). 여기서, 바인더는 피치, 역청 및 아스팔트와 같은 석유계 바인더를 채택한다. 이러한 석유계 바인더와 함께 유채, 커피부산물, 수피, 솔방울, 리그닌 분말을 첨가할 수 있다, 특히 커피부산물의 경우, 함수율이 낮고 발열량이 높아 바인더 첨가물로써 바람직하다. 한편, 바인더로써 전분계 바인더를 채택할 수 있다. 전분계 바인더는 전분계 중합체 입자, 반응형 유화제 및 물을 포함하여 이루어진다.

그리고 미연탄분과 바인더를 교반하여 매쓰(Mass, 덩어리화)화한다(S20). 이에 따라, 작은 입자로써 분산되어 있던 미연탄분이 서로 뭉치면서 질량이 커지게 된다. 이때, 톱밥 등과 같은 목재 폐기물을 일정량 첨가하는 것이 바람직하다. 목재폐기물은 비교적 발화점이 낮고 발화가 용이하여 미연탄분의 완전연소를 돕는 역할을 한다. 한편, 목재폐기물을 대체하거나 또는 이와 함께 일반 석탄분말을 일정량 첨가할 수 있다. 이러한 석탄분말을 미연탄분 분리장치에서 분리되어 온 미연탄분에 부득이 정재 애쉬도 포함되어 있기 때문에 미연탄분 펠렛의 석탄 함량을 높이기 위한 것이다. 펠렛의 석탄 함량이 높을수록 완전연소 가능성이 높아진다.

다음으로, 매쓰화된 미연탄분을 미리 설정된 형상 및 크기의 펠렛으로 성형한다(S30). 성형은 사출금형을 이용하는 사출성형 방식 또는 압출성형 방식을 채택할 수 있다. 압출성형의 경우, 매쓰화된 미연탄분을 미리 설정된 단면 형상 및 지름으로 압출한 후 소정 길이로 절단하여 펠렛화한다. 이때, 압출 후 소정 시간동안 건조시킨 후 소정 길이로 절단하거나 파쇄함으로써 펠렛화할 수도 있다. 사출성형으로 제조된 미연탄분 펠렛도 필요시 파쇄하여 펠렛의 크기를 더 작게할 수 있다. 펠렛화된 미연탄분은 가급적 분쇄된 석탄과 그 크기를 유사하게 하는 것이 바람직하다.

펠렛화된 미연탄분은 혼합공급부(20)로 이송되어 석탄 연료와 함께 보일러(30)에 공급된다. 구체적으로, 석탄분쇄부(10)는 연료인 석탄을 미리 설정된 범위 내의 크기로 분쇄한 후 혼합공급부(20)로 이송하며, 혼합공급부(20)는 분쇄된 석탄과 펠렛화된 미연탄분을 혼합하여 보일러(30)에 공급한다. 여기서, 펠렛화된 미연탄분의 분쇄된 석탄에 대한 중량비는 3%이하가 되도록 한다. 펠렛화된 미연탄분은 석탄 연료보다 비교적 연료로써의 효율이 낮기 때문에 석탄 연료 보일러의 연소 효율에 부하가 걸리지 않도록 하기 위해, 그 공급량을 적절히 제한하는 것이 필요하다. 물론, 펠렛화된 미연탄분의 제조 성상에 따라 분쇄된 석탄과의 중량비를 변경할 수도 있다.

이렇게 펠렛화 된 미연탄분은 석탄과 혼합되어 보일러(30)에 공급됨으로써 석탄과 어울려 연소될 수 있으므로, 완전 연소의 가능성이 높아질 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 애쉬로부터 미연탄분을 분리하는 미연탄분 분리장치를 나타낸 설명도이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 미연탄분 분리장치(70)는 애쉬가 공급되는 애쉬공급통로(110)를 갖는 케이싱(100)을 포함한다. 여기서, 애쉬는 석탄화력발전소의 보일러(30)에서 석탄이 연소된 재를 의미하며, 완전히 연소되지 않은 미연탄분을 포함한다. 이러한 미연탄분을 포함하는 애쉬는 애쉬공급통로(110)를 통해 케이싱(100) 내부로 유입된다.

케이싱(100)은 하부의 미연탄분 배출통로(130)와 애쉬로부터 미연탄분이 분리된 정제애쉬가 배출되는 정제애쉬 배출통로(150)를 갖는다. 여기서 정제애쉬 배출통로(150)는 케이싱(100)의 상부 측에서 미연탄분 배출통로(130)와 대향하게 설치된다. 케이싱(100)의 하부는 하향할수록 가로방향 단면적이 줄어드는 깔때기 형상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 낙하된 미연탄분이 중력 등의 힘에 의해 미연탄분 배출통로(130)로 용이하게 배출될 수 있다.

케이싱(100)의 내부에는 정제애쉬 배출통로(150)의 입구를 커버링하는 전도성 세라믹필터부(200)가 설치된다. 전도성 세라믹필터(200)는 다공성이며, 그 통과공의 크기는 75 내지 85마이크로미터 이하인 것이 바람직하다. 이는 애쉬의 입자가 특정한 크기(75 내지 85마이크로미터) 이상일 때 미연탄분에 해당한다는 기초사실에 따라 미연탄분을 차단하기 위한 것이다. 전도성 세라믹필터부(200)는 전기전도성을 위해 금속재질로써 제조되거나 별도의 금속성 구성을 포함하는 형태로 제조된 것을 이용한다.

이러한 전도성 세라믹필터부(200)는 세로방향으로 서로 평행하게 연장된 복수의 판면부(201)를 갖는다. 여기서, 서로 대향하는 판면부(201)는 서로 다른 전극을 갖도록 설계된다. 즉, 복수의 판면부(201)는 정해진 방향을 따라 (+), (-), (+), (-)와 같이 순서대로 전극을 띠도록 한다. 이는 비교적 전기전도성을 띠는 미연탄분과 비교적 전기전도성을 띠지 않는 정제애쉬 간 전기적 성질 차이에 따라 분리하기 위함이다. 복수의 판면부(201)를 구비함에 따라 비교적 넓은 면적에서 미연탄분을 포함하는 애쉬로부터 미연탄분을 차단 및 분리할 수 있기 때문에 효율적이다.

본 발명에 따른 미연탄분 분리장치(70)는 전도성 세라믹필터부(200)에 전기를 가하거나 해제하는 전원부를 포함한다. 전원부는 직류전원공급장치인 것이 바람직하며, 비교적 높은 전압을 가할 수 있는 장치를 채택하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 미연탄분 분리장치(70)는 전도성 세라믹필터부(200)를 움직일 수 있는 무빙부(400)를 포함할 수 있다. 무빙부(400)는 케이싱(100)과 전도성 세라믹필터부(200)를 매개하며, 전도성 세라믹필터부(200)를 케이싱(100)에 대해 움직일 수 있도록 한다. 무빙부(400)는 전도성 세라믹필터(200)를 좌우 또는 상하로 흔드는 방법으로 관성을 이용하여 전도성 세라믹필터(200)의 통과공 내에 낀 애쉬를 털어낼 수 있다.

정제애쉬 배출통로(150) 상에는 케이싱(100) 내부로부터 정제애쉬 배출통로(150)를 따라 공기가 흐르도록 기압을 조절하는 기압조절부(300)가 설치된다. 기압조절부(300)는 왕복펌프, 회전펌프, 축류펌프 등 다양한 펌프 종류 중 어느 하나를 채택할 수 있다. 기압조절부(300)는 2차적으로 특정 크기 이상의 애쉬를 차단하기 위한 메쉬를 가질 수 있다.

이러한 구조에 의해, 본 발명에 따른 미연탄분 분리장치(70)는 애쉬공급통로(110)를 통해 공급되는 미연탄분을 포함하는 애쉬로부터 입자 사이즈 차이 및 전기전도성 차이를 기초로 미연탄분을 분리하여, 미연탄분은 케이싱(100)의 하부에 위치하는 미연탄분 배출통로(130)를 통해 배출할 수 있고 또 정제애쉬는 케이싱의 상부에 위치한 정제애쉬 배출통로(150)를 따라 배출되도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 미연탄분 분리장치를 이용한 미연탄분 분리방법을 나타낸 순시도이다. 도 4를 도 3과 함께 참조하여 살펴보면, 본 발명에 따른 미연탄분 분리장치(70)를 이용한 미연탄분을 분리하는 방법은 먼저, 전도성 세라믹필터(200)에 대한 전기공급 및 기압조절부(300)를 작동한다(S100).

그리고 미연탄분을 포함하는 애쉬를 애쉬공급통로(110)를 통해 케이싱(100) 내부로 공급한다(S200). 그러면 기압조절부(300)에 의해 공기의 흐름이 정제애쉬 배출통로(150)를 향하기 때문에 미연탄분을 포함하는 애쉬가 전도성 세라믹필터부(200)에 접근한다. 이때, 전도성 세라믹필터부(200)의 복수의 판면부(201)는 전원부에 의해 전기를 공급받으므로, 전기전도성을 갖는 미연탄분(Conductive particle)은 판면부(201)의 전기장에 의해 판면부(201)와 같은 전극으로 유도되어 판면부(201)로부터 소정거리 이격된다. 이에 따라, 미연탄분은 1차적으로 판면부(201)에 접촉하지 못하고, 만일 전도성 세라믹필터부(200)에 접촉하였더라도 전도성 세라믹필터부(200)가 갖는 통과공의 크기인 75 내지 85 마이크로미터보다 일반적으로 크기 때문에 2차적으로 전도성 세라믹필터부(200)를 통과하지 못하고 차단된다. 여기서, 기압조절부(300)는 미연탄분과 정제애쉬 간 전기전도성 차이에 따른 분리기술을 활용할 수 있도록 가급적 약하게 작동되도록 한다. 한편, 정제애쉬(Insulating particle)는 전기공급을 받는 판면부(201)에 접근 시 전기장의 영향에 따라 판면부(201)의 전극과 반대 전극으로 대전되어 판면부(201)에 끌리게 된다. 판면부(201)에 끌린 정제애쉬는 비교적 작은 크기로써 통과공을 통과하여 정제애쉬배출통로를 따라 이동한다.

다음으로, 기압조절부(300)의 동작을 중지한다(S300). 여기서, 전도성 세라믹필터(200)에 대한 전기공급은 여전히 유지되므로, 케이싱 내부에 작용하던 공기의 흐름이 제거되어 중력과 전도성 세라믹필터부(200)에 의해 형성되는 전기장만 존재하게 된다. 이에 따라, 정제애쉬(Insulating paticle)은 전도성 세라믹필터부(200)의 전기장에 의해 전도성 세라믹필터부(200)에 끌리게 되어 낙하하지 않으며, 미연탄분(Conductive particle)은 상술한 바대로 전도성 세라믹필터부(200)로부터 이격되는 성질을 갖게 되므로, 중력에 따라 낙하하게 된다. 낙하된 미연탄분은 미연탄분 배출통로를 따라 이동된다.

그리고 소정 시간 후 전도성 세라믹필터부(200)에 대한 전기를 해제하고 기압조절부(300)를 재작동한다(S400). 이에 따라, 케이싱 내부에 남아있던 정제애쉬는 전도성 세라믹필터부(200)의 통과공을 통해 정제애쉬배출통로(150)를 따라 이동된다. 여기서, 무빙부(400)를 이용하여 전도성 세라믹필터(200)를 흔들어줌(쉐이킹)으로써 전도성 세라믹필터부(200)의 표면에 붙어있는 정제애쉬를 비교적 높은 효율로 정제애쉬배출통로(150)를 따라 이동되게 할 수 있다.

다음으로 기압조절부(300)의 동작을 재중지한다(S500). 이 단계에서는 기압조절부(300)의 동작을 중지하여 전도성 세라믹필터부(200)에 낀 입자(정제애쉬 또는 미연탄분)를 낙하시킨다. 이를 위해, 무빙부(400)를 이용하여 전도성 세라믹필터부(200)를 쉐이킹하거나 기압조절부(300)를 역으로 작동시켜 정제애쉬배출통로(150)로부터 케이싱 내부로 공기가 흐르도록 할 수 있다. 이 경우, 애쉬공급통로(110)를 차단하여 공기의 흐름이 미연탄분 배출통로(130)를 따라 흐르도록 하는 것이 바람직하다.

1: 미연탄분 펠렛화부 10: 석탄분쇄부
20: 혼합공급부 30: 보일러
40: 포집부 50: 배연부
60: 사일로 70: 미연탄분 분리장치
80: 정제애쉬저장부 90: 미연탄분 저장부

Claims

펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템에 있어서,
석탄을 연료로 하는 보일러와;
상기 보일러로부터 발생하는 미연탄분을 포함하는 애쉬를 포집하는 애쉬포집부와;
상기 포집된 애쉬로부터 상기 미연탄분을 분리하는 미연탄분 분리부와;
상기 미연탄분이 저장되는 미연탄분 저장부와;
상기 미연탄분을 펠렛화하는 미연탄분 펠렛화부와;
상기 펠렛화된 미연탄분을 상기 보일러에 공급하는 혼합공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 석탄을 분쇄하는 석탄분쇄부를 더 포함하며,
상기 혼합공급부는 상기 분쇄된 석탄과 상기 펠렛화된 미연탄분을 혼합하여 상기 보일러에 공급하는 것을 특징으로 하는 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템.
제2항에 있어서,
상기 펠렛화된 미연탄분의 상기 분쇄된 석탄에 대한 중량비는 3%이하인 것을 특징으로 하는 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 미연탄분 펠렛화부는,
상기 미연탄분과 바인더를 혼합하는 공정과, 상기 미연탄분과 상기 바인더를 교반하여 상기 미연탄분을 매쓰화하는 공정과, 상기 매쓰화된 미연탄분을 미리 설정된 크기의 펠렛으로 성형하는 공정을 통해 상기 미연탄분을 펠렛화하는 것을 특징으로 하는 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템.
제4항에 있어서,
상기 매쓰화하는 공정에서 석탄 분말, 목재 폐기물 중 적어도 하나를 첨가하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 펠렛화된 미연탄분을 재연소하는 석탄 화력발전시스템.