KR20230162848A - Manufacturing system of anti-spontaneous combustion agent for coal using a ultrasonic wave, and manufacturing method thereof, and anti-spontaneous combustion agent for coal manufactured by same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템, 석탄용 자연발화 방지제 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 석탄용 자연발화 방지제에 관한 것으로, 초음파 조사 배합방식을 통해 발전소의 석탄회 또는 생활폐기물 소각재 또는 고로슬래그 등의 고상폐기물인 고상 원료과 에틸렌계 수지 액상첨가제의 혼합 및 배합을 원활하게 하고 석탄더미 표면에 분사 즉시 경화되어 석탄용 자연발화 방지제가 석탄 더미의 공극 내부로 흘러들어가지 않고 표면에 굳어져 자연발화 발생지점인 깊이 0.5 내지 1.5m 깊이의 석탄더미 내부로 산소 및 수분의 침투를 방지하여 효과적으로 자연발화를 방지한다.The present invention relates to a production system for a spontaneous combustion inhibitor for coal using ultrasonic waves, a method for manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal, and a spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured using the same. The present invention relates to a method of producing a spontaneous combustion inhibitor for coal using ultrasonic irradiation mixing method. It facilitates the mixing and mixing of solid raw materials such as blast furnace slag and liquid ethylene-based resin additives, and hardens immediately after spraying on the surface of the coal pile, so that the spontaneous combustion inhibitor for coal hardens on the surface without flowing into the pores of the coal pile. It effectively prevents spontaneous combustion by preventing penetration of oxygen and moisture into the coal pile at a depth of 0.5 to 1.5 m, which is the point where spontaneous combustion occurs.

Description

초음파를 이용한 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템, 그 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 석탄용 자연발화 방지제{MANUFACTURING SYSTEM OF ANTI-SPONTANEOUS COMBUSTION AGENT FOR COAL USING A ULTRASONIC WAVE, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ANTI-SPONTANEOUS COMBUSTION AGENT FOR COAL MANUFACTURED BY SAME}Manufacturing system for spontaneous combustion inhibitors for coal using ultrasonic waves, manufacturing method thereof, and spontaneous combustion inhibitors for coal manufactured using the same COMBUSTION AGENT FOR COAL MANUFACTURED BY SAME}

본 발명은 저등급 석탄의 자연발화를 방지하기 위한 초음파를 이용한 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템, 그 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 석탄용 자연발화 방지제에 관한 것이다.The present invention relates to a production system for a spontaneous combustion inhibitor for coal using ultrasonic waves to prevent spontaneous combustion of low-grade coal, a manufacturing method thereof, and a spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured using the same.

석탄은 풍부한 매장량, 저렴한 가격, 공급원의 안정성 등으로 인해 전 세계적으로 화력발전소의 근간이 되는 원료로서 사용되고 있다. 최근 전기차 등으로 인한 전기수요 증가, 원자력 발전의 위험성에 대한 우려 및 국내 신재생에너지 발전의 낮은 저변확대로 인해 전력원으로 석탄 화력의 비중이 증대되고 있다. 이에 따라 석탄 수입량이 증가하고 있고, 자연발화, 클링커 발생 및 구성성분 상의 문제점이 많은 저등급 석탄(low rank coal)의 수입비중과 수입량도 대폭 증가하고 있다.Coal is used as a raw material for thermal power plants around the world due to its abundant reserves, low price, and stability of supply. Recently, the proportion of coal-fired power as a power source is increasing due to increased demand for electricity due to electric vehicles, concerns about the risks of nuclear power generation, and the low expansion of domestic renewable energy power generation. Accordingly, the amount of coal imported is increasing, and the import proportion and amount of low-rank coal, which has many problems with spontaneous combustion, clinker generation, and composition, is also increasing significantly.

일반적으로 500MW 표준석탄화력발전소의 경우 통상 연료탄을 1~3개월 저탄 후 사용하고 있는데 저탄장은 자연발화 문제와 더불어 야적된 석탄 중 일부 미분탄의 비산문제가 있다. 또한 신규 석탄화력발전소를 건설하는 경우 저탄장 건설을 위한 토지확보가 어려울 뿐 만 아니라 인근 거주자와 환경단체와의 마찰 및 민원으로 신규 저탄장의 건설은 어려운 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 신규 저탄장을 건설하는 경우 옥내형(indoor)으로 건설하고 있으나, 옥내형 저탄장도 저급탄의 자연발화 문제를 원천적으로 방지하는 것은 불가능할 뿐만 아니라 일단 자연발화가 발생한 후에는 자연발화 관리 및 대응을 위한 작업이 더 곤란한 경우가 많다.In general, in the case of a 500 MW standard coal-fired power plant, fuel coal is usually used after 1 to 3 months of coal storage, but in the coal storage area, there is a problem of spontaneous combustion and scattering of some pulverized coal among the stored coal. In addition, when constructing a new coal-fired power plant, not only is it difficult to secure land for the construction of a coal storage facility, but the construction of a new coal storage facility is also difficult due to friction and complaints from nearby residents and environmental groups. To solve this problem, when constructing a new coal storage facility, it is constructed indoors. However, it is not only impossible to fundamentally prevent the problem of spontaneous combustion of low-grade coal even in an indoor type storage facility, but also once spontaneous combustion occurs, spontaneous combustion occurs. Management and response tasks are often more difficult.

저등급 석탄(Low Rank Coal: LRC)은 낮은 등극부터 순서대로 peat, brown coal, 갈탄(lignite), 아역청탄(sub-bituminous coal), 역청탄(bituminous coal), 무연탄(anthracite) 등급으로 나누어지며, 역청탄은 다시 저휘발분, 중휘발분, 고휘발분 역청탄으로, 그리고 무연탄은 반무연탄, 무연탄, Meta-무연탄과 흑연계 무연탄으로 나눈다. 이 중에서 저등급 석탄(LRC)은 일반적으로 brown coal에서부터 아역청탄까지를 말하며 역청탄에서부터는 고등급 석탄(Hard Coal ; High Rank Coal)로 분류된다.Low Rank Coal (LRC) is divided into peat, brown coal, lignite, sub-bituminous coal, bituminous coal, and anthracite, in order from lowest to highest. Bituminous coal is further divided into low-volatile, medium-volatile, and high-volatile bituminous coal, and anthracite is divided into semi-anthracite, anthracite, meta-anthracite, and graphitic anthracite. Among these, low-grade coal (LRC) generally refers to brown coal to sub-bituminous coal, and bituminous coal is classified as high-grade coal (Hard Coal; High Rank Coal).

저급 아역청탄은 기공이 많고, 화학구조상 가지 탄화수소(peripheral hydrocarbon)인 휘발분이 많아 수분의 흡-탈착에 의한 흡착열의 축적으로 온도 상승이 되고, 휘발분 중의 상당량을 차지하고 있는 산화반응기들, Hydroxyl groups(-OH), Carboxy group(-COOH), Carbony group(-C=O)들의 후민산(humic acids) 고분자[(C9H9NO6 -)n]로서 산화반응에 의해 기공내부의 온도를 상승시켜 자연발화의 원인이 되기도 한다.Low-grade sub-bituminous coal has many pores and a lot of volatile matter, which is a peripheral hydrocarbon in its chemical structure, so the temperature rises due to the accumulation of adsorption heat due to adsorption and desorption of moisture, and oxidation reactors, Hydroxyl groups (-), account for a significant amount of the volatile matter. OH), Carboxy group (-COOH), Carbony group (-C=O) humic acid polymer [(C 9 H 9 NO 6 - )n] increases the temperature inside the pore by oxidation reaction. It may also cause spontaneous combustion.

도 1에 나타낸 바와 같이, 석탄에서 자연발화가 발생할 경우 육안으로 구분되지 않은 초기 저온 개시부터 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 수소(H2), 수증기(H2O) 등 발화가스가 발생하며, 본격적으로 200℃ 이상의 고온 자연발화가 발생되면, 석탄 자체의 열량손실(손실률 약 5.85% 이하) 뿐만 아니라 벤젠, 톨루엔, 아세트산 등 66종의 유기화합물 및 흄(fume)으로 인한 저탄장 내의 작업환경 악화 및 이로 인해 주변지역의 민원을 야기하며, 또한 컨베이어 벨트를 이용한 석탄의 운송 과정에서 화재 및 미분기 계통에서의 분진폭발 등 설비의 대형 손상사고 위험성이 있다. 또한 지속적으로 열이 누적되어 300℃ 내지 500℃가 되면 화염(flame)이 발생하게 된다.As shown in Figure 1, when spontaneous combustion occurs in coal, ignition gases such as carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ), and water vapor (H 2 O) are released from the initial low temperature that is not visible to the naked eye. When high-temperature spontaneous combustion of over 200℃ occurs in earnest, not only is the heat loss of the coal itself (loss rate approximately 5.85% or less), but also 66 types of organic compounds and fumes, including benzene, toluene, and acetic acid, are used in the coal storage area. The environment deteriorates and this causes civil complaints in the surrounding area, and there is also a risk of major damage to the equipment, such as fire and dust explosion in the pulverizer system, during the transportation of coal using conveyor belts. Additionally, heat continues to accumulate and a flame occurs when the temperature reaches 300°C to 500°C.

기존의 자연발화에 대한 대응책으로는 다음과 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 시멘트 고화제 또는 고분자 경화제 등을 이용한 도포제 또는 살포제를 석탄더미에 도포/살포함으로써 수분 또는 대기 중 산소와의 접촉을 차단하는 방법이 있다. 두 번째는 건조한 석탄에 유분(oil)을 고온으로 흡착시키거나 압착 또는 성형을 통해 표면개질을 변형하는 방법이 있다.Existing countermeasures against spontaneous combustion can be broadly divided into two categories: The first is to block contact with moisture or oxygen in the atmosphere by applying/spraying a coating or spraying agent using a cement solidifying agent or polymer hardening agent on the coal pile. The second method is to adsorb oil on dry coal at high temperature or modify the surface through compression or molding.

그러나 첫 번째 방법의 경우 강우, 강풍에 탈리되기 쉽게 수분과 산소의 침투현상을 원천적으로 차단하기 어려울 뿐만 아니라 보일러 내 투입 시 미분 및 연소장애의 원인이 되기도 한다. 또한 두 번째 방법은 저급탄의 표면개질을 변형하기 위해 너무 많은 에너지가 투입되고, 추가적인 설비가 필요하므로 경제성을 고려할 때 그리 효과적인 방법이 아니며 실제 석탄 화력 발전소에 적용된 사례 또한 없다.However, in the case of the first method, not only is it difficult to fundamentally block the infiltration of moisture and oxygen as it is prone to detachment in rainfall and strong winds, but it can also cause fine powder and combustion problems when inputting it into the boiler. In addition, the second method requires too much energy and additional equipment to modify the surface reforming of low-grade coal, so it is not a very effective method considering economic feasibility and has not been applied to actual coal-fired power plants.

또한, 한국 공개특허 제10-2017-0035423호에는 석탄을 대규모로 취급 및 저장하는 저탄장의 자연발화 현상을 효과적으로 방지 및 억제하기 위하여 저탄장에 저등급 석탄을 야적할 때 석탄 더미 표면에 도포하는 자연발화 방지제의 제조 방법, 이를 이용한 저급탄 자연발화 방지방법을 제시하였다. 그러나 종래 제시된 자연발화 방지제는 특성상 석탄더미에 분사 도포되는 즉시 굳어지는 경화성을 위해 첨가되는 고상첨가제 및 경화제의 농도가 높아 원료 배합과정에서 고점도로 인해 고루 배합되지 않고, 석탄더미에 도포되기 전에 굳어져 버리는 문제가 발생하였다.In addition, in Korean Patent Publication No. 10-2017-0035423, in order to effectively prevent and suppress the phenomenon of spontaneous combustion in coal storage areas where coal is handled and stored on a large scale, spontaneous combustion is applied to the surface of the coal pile when low-grade coal is stored in the coal storage area. A method for manufacturing an inhibitor and a method for preventing spontaneous combustion of low-grade coal using the same were presented. However, due to the nature of conventional spontaneous combustion inhibitors, the concentration of solid additives and hardeners added for curing hardens immediately when sprayed and applied to the coal pile is high, so they are not mixed evenly due to high viscosity during the raw material mixing process and harden before being applied to the coal pile. A throwing away problem arose.

따라서 고온으로 저탄장에 하역되는 석탄의 발화문제를 근본적으로 해결하고 상기의 방법들과 같이 부가적인 문제를 발생시키지 않는 효과적인 자연발화를 억제시킬 수 있는 새로운 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a new method that can fundamentally solve the problem of ignition of coal unloaded at a high temperature and effectively suppress spontaneous combustion without causing additional problems like the above methods.

한국 공개특허공보 제10-2017-0035423호Korean Patent Publication No. 10-2017-0035423

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 석탄을 대규모로 취급 및 저장하는 저탄장의 자연발화 현상을 효과적으로 방지 및 억제하기 위하여 초음파를 이용한 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Considering the above problems, the purpose of the present invention is to provide a production system for a spontaneous combustion inhibitor for coal using ultrasonic waves to effectively prevent and suppress the spontaneous combustion phenomenon in coal storage areas where coal is handled and stored on a large scale.

또한, 상기 초음파를 이용한 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템을 통한 석탄용 자연발화 방지제 제조방법 및 이 제조방법을 통해 제조된 것으로 저탄장의 발화다발탄 더미 표면에 도포하는 석탄용 자연발화 방지제를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is intended to provide a method for manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal using the ultrasonic wave-based production system for a spontaneous combustion inhibitor for coal, and a spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured through this manufacturing method, which is applied to the surface of a pile of high-combustion coal in a coal storage facility. The purpose.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템은, 석탄용 자연발화 방지제에 대한 원료저장부, 상기 원료저장부로부터 공급받은 원료를 수용할 수 있도록 내부에 공간부를 형성하는 배합탱크, 상기 배합탱크의 내부 중심에 위치하여 상기 원료 재료가 혼합되도록 회전하는 교반기, 및 상기 배합탱크에 연결되어 상기 원료 재료에 초음파를 조사하는 초음파 발생기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the manufacturing system for the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention includes a raw material storage unit for the spontaneous combustion inhibitor for coal, and a space formed therein to accommodate the raw materials supplied from the raw material storage unit. It is characterized by comprising a mixing tank, a stirrer located at the inner center of the mixing tank and rotating to mix the raw materials, and an ultrasonic generator connected to the mixing tank to irradiate ultrasonic waves to the raw materials.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템에서 상기 배합탱크는 상기 원료저장부에서 전달되는 원료가 유입되는 유입구, 및 상기 배합탱크로부터 제조된 석탄용 자연발화 방지제가 배출되는 배출구를 포함할 수 있다.In the system for manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention, the mixing tank may include an inlet through which the raw material delivered from the raw material storage unit flows in, and an outlet through which the spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured from the mixing tank is discharged.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템에서 상기 원료저장부는 석탄회, 소각재 및 슬래그 중에서 선택된 어느 하나 이상을 저장하는 고상원료 저장탱크, 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 아스팔트(Asphalt), 질산요소, 및 셀룰로스(Cellulose) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 저장하는 에틸렌계 수지 액상첨가제 저장탱크, 및 물 저장탱크를 포함하여 구성될 수 있다.In the production system for a spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention, the raw material storage unit includes a solid raw material storage tank that stores one or more selected from coal ash, incineration ash, and slag, ethylene vinyl acetate, asphalt, urea nitrate, and an ethylene-based resin liquid additive storage tank that stores one or more selected from cellulose, and a water storage tank.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템에서 상기 교반기는 상기 배합탱크의 내부 중심에 구비되어 회전동력을 전달하는 회전축, 및 상기 회전축으로부터 회전동력을 전달 받아 회전하여 상기 원료 재료를 혼합하도록 상기 회전축에 구비되고 복수 개가 상기 회전축을 기준으로 대칭되게 형성되는 회전블레이드를 포함하여 이루어질 수 있다.In the system for producing a spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention, the agitator is provided at the inner center of the mixing tank and has a rotating shaft that transmits rotational power, and receives rotational power from the rotating shaft and rotates to mix the raw materials. It may be provided and include a plurality of rotating blades symmetrically formed with respect to the rotation axis.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템은, 상기 배합탱크에서 제조된 석탄용 자연발화 방지제가 배출되는 배출라인, 및 상기 배출라인의 일단에 연결되어 대상 석탄에 석탄용 자연발화 방지제를 분사노즐을 통해 분사하는 분사부를 더 포함할 수 있다.The system for producing a spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention includes a discharge line through which the spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured in the mixing tank is discharged, and a nozzle connected to one end of the discharge line to spray the spontaneous combustion inhibitor for coal into the target coal. It may further include a spraying unit that sprays through the sprayer.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조방법은, (a) 배합탱크 내부에 액상원료로 물 및 에틸렌계 수지 액상첨가제를 투입하는 단계, (b) 상기 배합탱크 내부에 석탄회, 소각재 및 슬래그 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 고상원료를 투입하는 단계, (c) 상기 배합탱크에 투입된 원료에 초음파를 조사하는 동시에 교반하는 단계를 포함할 수 있다.The method for manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention to achieve another purpose includes the steps of (a) adding water and an ethylene-based resin liquid additive as liquid raw materials inside the mixing tank, (b) adding coal ash to the inside of the mixing tank. , introducing solid raw materials containing at least one selected from incineration ash and slag, and (c) irradiating ultrasonic waves to the raw materials introduced into the mixing tank and simultaneously stirring them.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조방법에서 상기 (c) 단계는 상기 원료 재료에 초음파 주파수 150 내지 300 kHz로 10분 내지 20 분간 조사하며, 이와 동시에 상기 원료를 200 rpm 내지 300 rpm으로 교반하는 것이 바람직하다.In the method for producing a spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention, step (c) involves irradiating the raw material with an ultrasonic frequency of 150 to 300 kHz for 10 to 20 minutes, and simultaneously stirring the raw material at 200 rpm to 300 rpm. desirable.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조방법에서 상기 (c) 단계 이후에, 제조된 석탄용 자연발화 방지제를 분사노즐을 이용하여 대상 석탄더미에 분사하는 분사단계를 더 포함할 수 있다.In the method for producing a spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention, after step (c), a spraying step of spraying the prepared spontaneous combustion inhibitor for coal onto the target coal pile using a spray nozzle may be further included.

또한, 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제는 상기와 같은 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템을 이용하여 석탄용 자연발화 방지제 제조방법을 통해 제조된 것이다.In addition, the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention is manufactured through a method for manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal using the above-described spontaneous combustion inhibitor production system for coal.

구체적으로 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제는 석탄회, 소각재 및 슬래그 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 고상원료, 에틸렌계 수지 액상첨가제, 및 물을 포함하여 이루어진 것이다.Specifically, the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention includes solid raw materials containing at least one selected from coal ash, incineration ash, and slag, an ethylene-based resin liquid additive, and water.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제는 전체 석탄용 자연발화 방지제 100 중량%에 대하여 상기 고상원료는 55 중량% 내지 65 중량%, 상기 에틸렌계 수지 액상첨가제는 4.5 중량% 내지 6.5 중량% 및 상기 물은 30.5 중량% 내지 40.5 중량%로 이루어진 것이 바람직하다.The spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention contains 55% to 65% by weight of the solid raw material, 4.5% to 6.5% by weight of the ethylene-based resin liquid additive, and the water based on 100% by weight of the total spontaneous combustion inhibitor for coal. It is preferable that it consists of 30.5% by weight to 40.5% by weight.

상기 고상원료는 고상원료 100 중량%에 대하여, 산화칼슘 15 중량% 내지 40 중량%, 및 미연탄소 5 중량% 내지 25 중량%로 포함할 수 있다.The solid raw material may include 15% to 40% by weight of calcium oxide and 5% to 25% by weight of unburned carbon, based on 100% by weight of the solid raw material.

상기 에틸렌계 수지 액상첨가제는 에틸렌계 수지 액상첨가제 100 중량%에 대하여, 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate) 20 중량% 내지 30 중량%, 아스팔트(Asphalt) 60 중량% 내지 70 중량%, 질산요소(Urea nitrate) 0.002 중량% 내지 2 중량%, 및 셀룰로스(Cellulose) 5 중량% 내지 20 중량%로 포함할 수 있다.The ethylene-based resin liquid additive is 20% to 30% by weight of ethylene vinyl acetate, 60% to 70% by weight of asphalt, and urea nitrate (Urea), based on 100% by weight of the ethylene-based resin liquid additive. nitrate) at 0.002% by weight to 2% by weight, and cellulose (Cellulose) at 5% by weight to 20% by weight.

석탄은 풍부한 매장량, 저렴한 가격, 공급원의 안정성 등으로 에너지 공급원으로 중요한 역할을 하고 있으나 최근 저급탄의 수입비중이 증가하면서 자연발화 문제 또한 매우 빈번하게 발생하여 석탄을 대규모로 저장 및 취급하는 저탄장에서는 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템을 이용하여 제조된 석탄용 자연발화 방지제 적용을 통해 저급탄 자연발화 방지 및 장기간 저장 등에 매우 큰 효과를 얻을 수 있다.Coal plays an important role as a source of energy due to its abundant reserves, low price, and stability of supply. However, as the proportion of imported low-grade coal has recently increased, spontaneous combustion problems have also occurred very frequently, so coal storage sites that store and handle coal on a large scale are experiencing severe problems. By applying the spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured using the invention's production system for the spontaneous combustion inhibitor for coal, a great effect can be achieved in preventing spontaneous combustion of low-grade coal and storing it for a long period of time.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템은 초음파 조사 배합방식을 통해 발전소의 석탄회 또는 생활폐기물 소각재 또는 고로슬래그 등의 고상폐기물인 고상 원료를 주성분으로 하여 에틸렌계 수지 액상첨가제의 혼합 및 배합을 원활하게 하고 석탄더미 표면에 분사 즉시 경화되어 석탄용 자연발화 방지제가 석탄 더미의 공극 내부로 흘러들어가지 않고 표면에 굳어져 자연발화 발생지점인 깊이 0.5 내지 1.5m 깊이의 석탄더미 내부로 산소 및 수분의 침투를 방지하도록 한다.The production system of the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention uses solid raw materials such as coal ash from power plants, household waste incineration ash, or blast furnace slag as the main ingredient through an ultrasonic irradiation mixing method to smoothly mix and blend the ethylene-based resin liquid additive. It is sprayed on the surface of the coal pile and hardens immediately, so that the spontaneous combustion inhibitor for coal hardens on the surface without flowing into the pores of the coal pile, allowing oxygen and moisture to penetrate into the coal pile at a depth of 0.5 to 1.5 m, which is the point where spontaneous combustion occurs. To prevent.

상기 석탄용 자연발화 방지제에서 고상원료는 대상 석탄더미 표면에 도포 후 단열재 역할을 하며, 원료 중 산화칼슘은 석탄회 및 소각재의 주성분인 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)과 반응하여 CSH(CaO-SiO2-H2O) 및 CAH(CaO-Al2O3-H2O) 수화물을 형성시켜 양생되면서 결합 각도를 증가시켜 외력에 의한 탈리나 크랙 발생 등을 방지시켜 석탄더미 내부로 산소 및 수분침투를 방지할 수 있다.In the above spontaneous combustion inhibitor for coal, the solid raw material acts as an insulator after being applied to the surface of the target coal pile, and calcium oxide among the raw materials reacts with silicon dioxide (SiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ), which are the main components of coal ash and incineration ash. This forms CSH (CaO-SiO 2 -H 2 O) and CAH (CaO-Al 2 O 3 -H 2 O) hydrates and increases the bond angle while curing, thereby preventing detachment or cracking due to external force, thereby preventing coal piles. It can prevent oxygen and moisture from penetrating inside.

도 1은 저탄장에서 석탄의 자연발화 메커니즘을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템에서 제조부 및 분사부의 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 일 실시예에 따른 석탄 더미(stockpile) 전산해석 외부 조건을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 석탄 더미(stockpile) 격자계 형성을 나타낸 것이다.
도 6은 석탄용 자연발화 방지제 도포전후 발화방지 효과 시뮬레이션 결과이다.
도 7은 석탄의 자연발화 모사장치 구성도이다.
도 8 내지 도 9는 석탄더미 내부 산소농도 모니터링 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10 및 도 11은 석탄더미 내부 온도 모니터링 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 석탄더미 석탄용 자연발화 방지제 실증장면이다.
도 13은 저탄장 석탄을 하역 후 석탄더미 내부의 온도변화 측정센서 설치도를 나타낸 것이다.
도 14는 저탄장 발화탄 하역 후 내부온도 측정센서 설치 평면도 및 분사실험 위치 표시도이다.
도 15는 석탄용 자연발화 방지제 도포여부에 따른 내부 1m 깊이에서 온도의 승온 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16 및 도 17은 실증기간 30일 완료 후 석탄용 자연발화 방지제 표면상태 및 TC(thermocouple) 지지용 매트릭스 제거 모습을 나타낸 것이다.
Figure 1 schematically shows the spontaneous combustion mechanism of coal in a coal storage facility.
Figure 2 is a configuration diagram of a system for manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the configuration of the manufacturing unit and the spraying unit in the production system for a spontaneous combustion inhibitor for coal according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing external conditions for computerized analysis of a coal stockpile according to an embodiment.
Figure 5 shows the formation of a coal stockpile grid system according to one embodiment.
Figure 6 is a simulation result of the ignition prevention effect before and after application of a spontaneous combustion inhibitor for coal.
Figure 7 is a diagram showing the configuration of a device simulating spontaneous combustion of coal.
Figures 8 and 9 are graphs showing the results of monitoring oxygen concentration inside the coal pile.
Figures 10 and 11 are graphs showing the results of monitoring the internal temperature of the coal pile.
Figure 12 is a demonstration scene of a spontaneous combustion preventer for coal piles according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 shows the installation of a temperature change measurement sensor inside the coal pile after unloading the coal from the coal storage.
Figure 14 is a plan view of the installation of the internal temperature measurement sensor after unloading the ignition coal at the coal storage site and an indication of the location of the injection experiment.
Figure 15 is a graph showing the results of temperature increase at a depth of 1 m inside depending on whether or not a spontaneous combustion inhibitor for coal is applied.
Figures 16 and 17 show the surface condition of the spontaneous combustion inhibitor for coal and the removal of the TC (thermocouple) support matrix after completing the 30-day demonstration period.

이하 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템, 그 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 석탄용 자연발화 방지제에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이는 바람직한 실시예로 본 발명의 범위가 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the production system for the spontaneous combustion inhibitor for coal according to the present invention, its manufacturing method, and the spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured using the same will be described in detail with reference to the attached drawings. However, this is a preferred embodiment and the scope of the present invention is not necessarily limited thereto.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템의 구성도를 나타낸 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템은 크게 원료 저장부(20), 제조부(30), 분사부(40)로 구성된다.Figure 2 shows the configuration of a production system for a spontaneous combustion inhibitor for coal according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 2, the production system for a spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention largely consists of a raw material storage unit 20. , a manufacturing unit 30, and an injection unit 40.

상기 원료저장부(20)는 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제의 조성에 대한 원료를 저장하는 것으로 석탄용 자연발화 방지제의 고상원료 및 액상원료를 구분하여 구성되며, 석탄회, 소각재 및 슬래그 중에서 선택된 어느 하나 이상을 저장하는 고상원료 저장탱크, 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 아스팔트(Asphalt), 질산요소, 및 셀룰로스(Cellulose) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 저장하는 에틸렌계 수지 액상첨가제 저장탱크, 및 물 저장탱크를 포함하여 구성될 수 있다.The raw material storage unit 20 stores raw materials for the composition of the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention, and is configured to separate solid raw materials and liquid raw materials of the spontaneous combustion inhibitor for coal, and any selected from coal ash, incineration ash, and slag. A solid raw material storage tank storing one or more solid raw material storage tanks, an ethylene-based resin liquid additive storage tank storing one or more selected from ethylene vinyl acetate, asphalt, urea nitrate, and cellulose, and It may be configured to include a water storage tank.

구체적으로 석탄용 자연발화 방제지의 대부분 성분인 물 저장탱크(1)와, 물 저장탱크(1)의 물 공급을 제어하는 제어밸브(2)와, 액상의 첨가제인 아스팔트 저장탱크(3)와 저장탱크의 이송량을 제어하는 제어밸브(4)와, 에틸렌계 수지 첨가제인 EVA 저장탱크(5)와 저장탱크의 이송량을 제어하는 제어밸브(6)와, 에틸렌계 수지 경화 보조제인 질산요소(Urea Nitrate) 저장탱크(7)와 저장탱크의 이송량을 제어하는 제어밸브(7)와, 액상 셀룰루오스 저장탱크(9)와 저장탱크의 이송량을 제어하는 제어밸브(10)와 액상첨가제를 1차로 사전 혼합 및 배합하는 에틸렌계 수지 액상첨가제 배합탱크(11)와 상기 에틸렌계 수지 액상첨가제 배합탱크(11)의 이송량을 제어하는 에틸렌계 수지 액상첨가제 배합탱크의 제어밸브(12)로 구성된다.Specifically, a water storage tank (1), which is most of the components of spontaneous combustion prevention paper for coal, a control valve (2) that controls the water supply to the water storage tank (1), and an asphalt storage tank (3), which is a liquid additive, and storage. A control valve (4) that controls the transfer amount of the tank, an EVA storage tank (5), which is an ethylene-based resin additive, and a control valve (6) that controls the transfer amount of the storage tank, and Urea Nitrate, an ethylene-based resin curing aid. ) The storage tank (7) and the control valve (7) that controls the transfer amount of the storage tank, the liquid cellulose storage tank (9) and the control valve (10) that controls the transfer amount of the storage tank and the liquid additive are first pre-processed. It consists of an ethylene-based resin liquid additive mixing tank (11) for mixing and blending, and a control valve (12) of the ethylene-based resin liquid additive mixing tank (12) that controls the transfer amount of the ethylene-based resin liquid additive mixing tank (11).

분말상의 자연발화 방지제로 고칼슘 석탄회 혹은 생활폐기물 소각재(ash) 혹은 고로슬래그 분말와 같은 석탄회, 소각재 및 슬래그 중에서 선택된 어느 하나 이상을 저장하는 고상원료 저장탱크(13)와 분말상태의 고상원료를 일정량씩 공급하는 스크류밸브(14)와 필요에 따라 분말상의 포졸란 활성을 증가시키기 위한 수산화칼슘(Ca(OH)2) 저장탱크(15)와 수산화칼슘의 이송량을 정밀 제어하는 스크류 밸브(16)로 구성되는 분말상 발화방제지 성분 공급부로 구성함을 특징으로 한다.A solid raw material storage tank (13) that stores one or more selected from coal ash, incineration ash, and slag such as high-calcium coal ash, domestic waste incineration ash (ash), or blast furnace slag powder as a powdered spontaneous combustion inhibitor, and a certain amount of powdered solid raw materials are supplied. Powder ignition control consisting of a screw valve (14) to increase the pozzolanic activity of the powder phase, a calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) storage tank (15) to increase the pozzolanic activity of the powder phase as needed, and a screw valve (16) to precisely control the amount of calcium hydroxide transferred. It is characterized by being composed of a fat ingredient supply section.

이렇게 원료저장부(20)로부터 나온 원료는 액상원료 공급부(17) 및 고상원료 공급부(18)를 통해 원료저장부(20)로부터 공급받은 원료를 제조부(30)로 이송되고, 상기 제조부(30)에서 초음파를 조사하여 석탄용 자연발화 방지제를 완전 혼합 및 배합하여 제조하고, 제조된 석탄용 자연발화 방지제는 분사부(40)로 이송되어 분사부(40)를 통해 석탄더미 표면에 도포하여 경화함으로써 석탄이 외부열기, 공기 및 수분에 접촉하는 것을 차단한다.In this way, the raw materials supplied from the raw material storage unit 20 are transferred to the manufacturing unit 30 through the liquid raw material supply unit 17 and the solid raw material supply unit 18, and the manufacturing unit ( In 30), the spontaneous combustion inhibitor for coal is completely mixed and mixed by irradiating ultrasonic waves, and the manufactured spontaneous combustion inhibitor for coal is transferred to the spray unit (40) and applied to the surface of the coal pile through the spray unit (40). Hardening prevents coal from contact with external heat, air, and moisture.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템에서 제조부 및 분사부의 구성을 나타낸 것이다.Figure 3 shows the configuration of the manufacturing unit and the spraying unit in the production system for a spontaneous combustion inhibitor for coal according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이 제조부(30)는 초음파를 이용하여 석탄용 자연발화 방지제 제조되도록 원료저장부(20)로부터 공급받은 원료를 수용할 수 있도록 내부에 공간부를 형성하는 배합탱크(27)가 형성되어 있고, 상기 배합탱크(27)의 내부 중심에 위치하여 상기 원료 재료가 혼합되도록 회전하는 교반기, 및 상기 배합탱크의 측면에 연결되어 상기 원료 재료에 초음파를 조사하는 초음파 발생기(22)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the manufacturing unit 30 is a mixing tank 27 that forms a space therein to accommodate the raw materials supplied from the raw material storage unit 20 to manufacture a spontaneous combustion inhibitor for coal using ultrasonic waves. is formed, a stirrer located at the inner center of the mixing tank 27 and rotating to mix the raw materials, and an ultrasonic generator 22 connected to the side of the mixing tank to irradiate ultrasonic waves to the raw materials. Includes.

구체적인 제조부(30)의 구성은 상기 원료저장부(20)에서 전달되는 원료가 유입되는 유입구에 형성된 액상원료 공급부(17)와 고상원료 공급부(18)를 통해 공급된 석탄용 자연발화 방지제 성분들을 배합하는 배합탱크(27), 상기 배합탱크(27)의 측면에 형성되어 자연발화 방지제 배합을 위한 초음파를 발생하는 초음파 발생기(22), 배합탱크(27)의 하부에 형성되어 배합탱크(27)의 초음파 진동을 흡수하고 무게를 지탱하는 절연부(23), 배합탱크(27)와 초음파 발생기(22)를 보호하는 외벽이 포함되며, 상기 배합탱크(27)의 내부 중심에 위치하여 자연발화 방지제 성분의 혼합을 위한 교반기는 회전모터(21), 상기 회전모터(21)로부터 전달받은 회전동력을 전달하는 회전축(25), 상기 회전축(25)으로부터 회전동력을 전달 받아 회전하여 상기 원료 재료를 혼합하도록 복수 개가 상기 회전축(25)을 기준으로 대칭되게 형성되는 회전블레이드(24)를 포함한다. 상기 배합탱크(27)의 일측 하부에 제조된 석탄용 자연발화 방지제가 배출되는 배출구(26)가 형성되어 있다. The specific configuration of the manufacturing unit 30 consists of the components of the spontaneous combustion inhibitor for coal supplied through the liquid raw material supply unit 17 and the solid raw material supply unit 18 formed at the inlet through which the raw material delivered from the raw material storage unit 20 flows. A mixing tank 27 for mixing, an ultrasonic generator 22 formed on the side of the mixing tank 27 to generate ultrasonic waves for mixing the spontaneous combustion inhibitor, and a mixing tank 27 formed at the lower part of the mixing tank 27. It includes an insulating part (23) that absorbs ultrasonic vibrations and supports the weight, an outer wall that protects the mixing tank (27) and the ultrasonic generator (22), and is located at the inner center of the mixing tank (27) to prevent spontaneous combustion. The stirrer for mixing ingredients includes a rotating motor 21, a rotating shaft 25 that transmits the rotating power received from the rotating motor 21, and a rotating power received from the rotating shaft 25 to rotate to mix the raw materials. It includes a plurality of rotating blades (24) formed symmetrically with respect to the rotating axis (25). An outlet 26 through which the manufactured spontaneous combustion inhibitor for coal is discharged is formed in the lower part of one side of the mixing tank 27.

석탄용 자연발화 방지제 제조시스템에서 분사부(40)은 상기 제조부(30)에서 제조된 석탄용 자연발화 방지제가 배출되는 배출라인(31), 상기 배출라인(31)을 따라 석탄용 자연발화 방지제를 흡입하는 분사펌프(32), 자연발화 방지제 제어밸브(33)에 의해 분사라인(34)을 따라 석탄용 자연발화 방지제가 이송되어 분사라인(34)의 일단에 연결된 분사노즐(35)을 통해 대상 석탄더미 표면에 분사한다. In the system for producing a spontaneous combustion inhibitor for coal, the injection unit 40 has a discharge line 31 through which the spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured in the production unit 30 is discharged, and the spontaneous combustion inhibitor for coal is discharged along the discharge line 31. The spontaneous combustion inhibitor for coal is transported along the injection line 34 by the injection pump 32, which suctions the spontaneous combustion inhibitor control valve 33, through the injection nozzle 35 connected to one end of the injection line 34. Spray on the surface of the target coal pile.

석탄용 자연발화 방지제 제조시스템을 이용한 석탄용 자연발화 방지제 제조방법은, (a) 배합탱크 내부에 액상원료로 물 및 에틸렌계 수지 액상첨가제를 투입하는 단계, (b) 상기 배합탱크 내부에 석탄회, 소각재 및 슬래그 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 고상원료를 투입하는 단계, (c) 상기 배합탱크에 투입된 원료에 초음파를 조사하는 동시에 교반하는 단계를 포함할 수 있다.The method of manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal using a spontaneous combustion inhibitor manufacturing system includes the steps of (a) adding water and an ethylene-based resin liquid additive as liquid raw materials inside the mixing tank, (b) coal ash inside the mixing tank, It may include the step of introducing solid raw materials containing at least one selected from incineration ash and slag, and (c) irradiating ultrasonic waves to the raw materials introduced into the mixing tank and simultaneously stirring them.

(a) 단계는, 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템의 원료저장부(20)에서 물 저장탱크(1)와 에틸렌계 수지 액상첨가제 배합탱크(11)에 저장되어 있던 액상원료를 각각 설정된 함량으로 제조부(30)의 배합탱크(27) 내부로 투입한다.In step (a), the liquid raw materials stored in the water storage tank (1) and the ethylene-based resin liquid additive mixing tank (11) in the raw material storage unit (20) of the coal spontaneous combustion inhibitor production system are manufactured at a set content. It is put into the mixing tank (27) of the unit (30).

(b) 단계는, 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템의 원료저장부(20)에서 고상원료 저장탱크(13)에 저장되어 있던 고상원료를 설정된 함량으로 제조부(30)의 배합탱크(27) 내부로 투입한다.In step (b), the solid raw materials stored in the solid raw material storage tank 13 in the raw material storage unit 20 of the coal spontaneous combustion inhibitor manufacturing system are stored in the mixing tank 27 of the manufacturing unit 30 at a set content. Put it in.

상기 (b) 단계는 고상원료와 함께 필요에 따라 분말상의 포졸란 활성을 증가시키기 위한 수산화칼슘 저장탱크(15)에 저장되어 있던 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 제조부(30)의 배합탱크(27) 내부에 추가로 투입할 수 있다.In step (b), calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) stored in the calcium hydroxide storage tank 15 to increase the pozzolanic activity of the powder phase as needed along with the solid raw materials is added to the mixing tank 27 of the manufacturing unit 30. ) can be added internally.

(c) 단계는 상기 (a) 단계와 (b) 단계를 통해 투입된 석탄용 자연발화 방지제의 원료재료를 고루 배합 및 혼합하는 단계로 초음파 발생기를 이용하여 원료 재료에 초음파 주파수 150 내지 300 kHz로 10분 내지 20 분간 조사하고, 이와 동시에 교반기를 이용하여 상기 원료를 200 rpm 내지 300 rpm으로 교반한다.Step (c) is a step of evenly mixing and mixing the raw materials of the spontaneous combustion inhibitor for coal introduced through steps (a) and (b). Using an ultrasonic generator, the raw materials are subjected to ultrasonic waves of 150 to 300 kHz for 10 minutes. Irradiate for minutes to 20 minutes, and at the same time, stir the raw materials at 200 rpm to 300 rpm using a stirrer.

상기 (c) 단계에서 적용한 고출력의 초음파는 화학적 효과를 유발시키는 능력을 가지고 있으며, 액상에서의 초음파 화학적 효과의 근원은 음향캐비테이션(acoustic cavitation) 현상이다. 음향 캐비테이션 현상은 순서대로 압축, 팽창의 반복적인 과정에서 캐비테이션 버블의 생성 (nucleation) 단계, 생성된 캐비테이션 버블의 성장(bubble growth) 단계, 불안정한 상태로 성장된 캐비테이션 버블의 붕괴(collapse) 단계와 같이 각각 다르지만 연속적인 세 단계로 구성되어져 있다.The high-power ultrasound applied in step (c) has the ability to induce a chemical effect, and the source of the ultrasonic chemical effect in the liquid phase is the phenomenon of acoustic cavitation. The acoustic cavitation phenomenon is a repetitive process of compression and expansion in order, including the nucleation stage of the cavitation bubble, the growth stage of the created cavitation bubble, and the collapse stage of the cavitation bubble grown in an unstable state. It consists of three different but consecutive steps.

특히, 본 발명에서는 수중에 초음파 주파수 150 내지 300kHz, 조사시간 10 분 내지 20분 동안 조사하는 동시에 교반기를 이용하여 200 rpm 내지 300 rpm의 교반속도, 보다 바람직하게는 250rpm으로 혼합하여 높은 에너지가 존재하는 버블 내부에서는 물분자가 OH라디칼과 수소라디칼로 분해되어 경화제 용액인 에틸렌계 수지 액상첨가제의 확산 및 침투 특성을 증가시키는 동시에 분자 간 결합속도는 지연시켜 초음파 조사 과정동안 배합이 이루어지는 제조부에서 석탄용 자연발화 방지제가 굳어지는 현상을 방지함으로써, 제조된 석탄용 자연발화 방지제가 분사노즐을 통해 원활하게 분사가 이루어지도록 한다.In particular, in the present invention, high energy is present by irradiating ultrasonic waves in water at a frequency of 150 to 300 kHz and an irradiation time of 10 to 20 minutes while mixing at a stirring speed of 200 rpm to 300 rpm, more preferably 250 rpm, using a stirrer. Inside the bubble, water molecules are decomposed into OH radicals and hydrogen radicals, increasing the diffusion and penetration characteristics of the ethylene resin liquid additive, which is a hardener solution, while delaying the bonding speed between molecules, making it possible to use coal in the manufacturing department where mixing is performed during the ultrasonic irradiation process. By preventing the spontaneous combustion inhibitor from hardening, the manufactured spontaneous combustion inhibitor for coal is sprayed smoothly through the injection nozzle.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조방법에서 상기 (c) 단계 이후에, 제조된 석탄용 자연발화 방지제는 분사펌프(32)에 의해 배합탱크(27)의 배출구(26)와 연결된 배출라인(31)을 통해 이송되어 자연발화 방지제 제어밸브(33)에 의해 분사라인(34)을 분사노즐(35)을 통해 대상 석탄더미에 분사하는 분사단계를 더 포함한다.After step (c) in the method for producing a spontaneous combustion inhibitor for coal according to the present invention, the produced spontaneous combustion inhibitor for coal has a discharge line 31 connected to the outlet 26 of the mixing tank 27 by the injection pump 32. ) and further includes a spraying step of spraying the target coal pile through the spray nozzle 35 through the spray line 34 by the autoignition preventer control valve 33.

상기 분사단계는 발화다발탄 더미의 표면부 중 바닥에서 상부방향으로 약 30~40% 높이까지만 석탄용 자연발화 방지제를 도포하여 저급탄의 자연발화를 방지한다.The spraying step prevents spontaneous ignition of low-grade coal by applying a spontaneous ignition inhibitor for coal only to a height of about 30 to 40% from the bottom to the top of the surface of the ignition cluster pile.

일반적으로 석탄을 저탄장에 저탄할 때 리클레이머를 이용하게 되는데 이 때 석탄은 자연강하를 통해 석탄더미의 상부에는 입자가 굵은 석탄과 가는 석탄이 혼재하게 되고 석탄더미의 하부에는 대부분 입자가 굵은 석탄이 쌓이게 된다. 석탄의 입자가 굵은 경우 석탄입자 사이의 공극이 커져 석탄표면과 대기 중의 산소가 접촉할 확률이 많아지게 된다. 실제로 석탄화력발전소 저탄장 현장에서는 석탄더미의 하부에서 자연발화가 빈번하게 발생하는 것으로 조사되었다.Generally, a reclaimer is used when storing coal in a coal storage yard. At this time, the coal naturally falls, and the upper part of the coal pile is mixed with coarse-grained coal and fine-grained coal, and the lower part of the coal pile is mostly coarse-grained coal. This piles up. If the coal particles are thick, the pores between the coal particles become larger, increasing the probability of contact between the surface of the coal and oxygen in the atmosphere. In fact, it was found that spontaneous combustion frequently occurred at the bottom of the coal pile at coal-fired power plant storage sites.

따라서 분사단계에서 석탄용 자연발화 방지제를 석탄더미에 도포하는 경우 표면부 전체에 도포하지 않고 자연발화가 빈번하게 발생하는 부위 주변에 도포함으로써 상대적으로 적은 양의 발화방지제를 이용하여 자연발화를 효과적으로 방지할 수 있다.Therefore, when applying a spontaneous combustion inhibitor for coal to a pile of coal during the spraying stage, it is not applied to the entire surface but is applied around the area where spontaneous combustion occurs frequently, thereby effectively preventing spontaneous combustion by using a relatively small amount of flame retardant. can do.

상기와 같은 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템 및 석탄용 자연발화 방지제 제조방법을 통해 제조된 석탄용 자연발화 방지제에는 발전소 매립회 또는 생활폐기물 소각재 또는 고로 슬래그 등 고상폐기물을 이용한 고상원료, 에틸렌계 수지 액상첨가제, 및 물을 포함하여 이루어진다.A manufacturing system for spontaneous combustion inhibitors for coal as described above, and The spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured through the method of manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal includes solid raw materials using solid waste such as power plant landfill ash, household waste incineration ash, or blast furnace slag, an ethylene-based resin liquid additive, and water.

석탄화력 보일러 내 탈황설비가 구비되어 있는 경우와 생활쓰레기 소각로 및 제철소 고로슬래그의 경우 산화칼슘(CaO) 성분이 10%이상 다량 함유한 석탄회, 소각재, 및 슬래그가 생성된다.In the case of desulfurization facilities in coal-fired boilers, household waste incinerators, and steel mill blast furnace slag, coal ash, incineration ash, and slag containing more than 10% of calcium oxide (CaO) are produced.

따라서 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제의 고상원료로 사용되는 소각로 및 제철소에서 발생한 고상의 폐기물인 석탄회, 소각재, 및 슬래그와 같은 산화칼슘(CaO) 성분은 석탄회의 주성분인 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)과 반응하여 CSH(CaO-SiO 2 -H 2 O) 및 CAH(CaO-Al 2 O 3 -H 2 O) 수화물을 형성시켜 양생되면서 고화되어 자연발화 방지제의 결합강도를 증가시켜 외력에 의한 탈리, 크랙 발생 등을 방지시켜 석탄더미 내부로 산소 및 수분침투를 방지한다. Therefore, calcium oxide (CaO) components such as coal ash, incineration ash, and slag, which are solid wastes generated from incinerators and steel mills, which are used as solid raw materials for the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention, include silicon dioxide (SiO 2 ), which is the main component of coal ash, and It reacts with aluminum oxide (Al 2 O 3 ) to form CSH (CaO-SiO 2 -H 2 O) and CAH (CaO-Al 2 O 3 -H 2 O) hydrates, which are cured and solidified to increase the bonding strength of the spontaneous combustion inhibitor. By increasing it, it prevents detachment and cracks caused by external forces and prevents oxygen and moisture from penetrating into the coal pile.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제의 고상원료는 석탄화력발전소 및 소각로에서 쉽게 구할 수 있는 석탄회 재활용 규격상 미연탄소(LOI ;Loss On Ignition) 함량 5%이상이어서 매립되고 있는 고미연분 석탄회, 생활폐기물 소각재 또는 Soot ash를 사용하는 특징이 있다. 고미연분 석탄회는 자연발화 방지제의 형태로 석탄더미에 살포된 후 석탄과 함께 보일러에서 재연소함으로써 미연분 발생에 의한 연료손실을 복구하며, 재연소된 미연탄소는 신재생에너지공급인증서인 REC(Renewable Energy Certificate) 인증을 받을 수 있도록 하였다. 이때 고미연분 석탄회가 아닌 일반 석탄회를 사용할 경우 연료손실(미연분)을 복구하지 않고 석탄회만 보일러 노(furnace) 내에 투입되는 것에 불과하므로 REC 인증을 받을 수 없게 된다.The solid raw material of the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention is highly combustible coal ash and household waste incineration ash that are landfilled due to the unburned carbon (LOI; Loss On Ignition) content of 5% or more according to the coal ash recycling standard, which can be easily obtained from coal-fired power plants and incinerators. Alternatively, it has the feature of using soot ash. Highly unburned coal ash is sprayed on the coal pile in the form of a spontaneous combustion inhibitor and then reburned in the boiler together with the coal to recover fuel loss due to unburned carbon. The reburned unburned carbon is REC (Renewable Energy), a renewable energy supply certificate. Energy Certificate) certification. At this time, if regular coal ash is used instead of high-unburned coal ash, the fuel loss (unburned content) is not recovered and only coal ash is put into the boiler furnace, so REC certification cannot be obtained.

또한 최근 건설되어 운영되는 1,000MW급 신규 석탄화력보일러에는 저 질소산화물(NOx) 버너가 적용되어 애쉬(ash) 중 Soot 성분이 다량으로 함유되어 나오기도 한다. Soot 함량이 높은 애쉬(ash)는 시멘트로 재활용시 블랙시멘트를 만들게 되는 문제가 있어 석탄회 재활용이 불가능한 문제가 있다. 따라서 이러한 Soot ash를 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제의 원료로 사용하여 보일러에 재투입함으로써 Soot성분이 다시 한 번 연소되게 한다.In addition, new 1,000 MW coal-fired boilers that were recently built and operated are equipped with low nitrogen oxide (NOx) burners, which results in the ash containing a large amount of soot. Ash with a high soot content has the problem of creating black cement when recycled into cement, making it impossible to recycle coal ash. Therefore, this soot ash is used as a raw material for the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention and is reintroduced into the boiler to cause the soot component to burn once again.

석탄용 자연발화 방지제의 고상원료는 산화칼슘과 미연탄소(Unburned carbon)를 포함하고, 전체 고상원료 100 중량%에 대하여, 산화칼슘 15 중량% 내지 40 중량%, 및 미연탄소 5 중량% 내지 25 중량%로 포함하는 것이 바람직하다.The solid raw materials of the spontaneous combustion inhibitor for coal include calcium oxide and unburned carbon, and based on 100% by weight of the total solid raw materials, 15% to 40% by weight of calcium oxide and 5% to 25% by weight of unburned carbon. It is desirable to include it as a percentage.

석탄용 자연발화 방지제의 고상원료로 사용하는 석탄회, 소각재 및 슬래그는 자체적으로 단열특성을 지니고 있기 때문에 이를 포함한 자연발화 방지제를 석탄더미에 살포되면, 석탄더미 표면부에 층(layer)을 형성하고 외부 대기로부터의 열기가 석탄더미의 내부로 전달되지 않도록 하여 단열재의 역할을 한다. Coal ash, incineration ash, and slag, which are used as solid raw materials for spontaneous combustion inhibitors for coal, have their own insulating properties, so when spontaneous combustion inhibitors containing them are sprayed on the coal pile, a layer is formed on the surface of the coal pile, forming a layer on the outside of the coal pile. It acts as an insulator by preventing heat from the atmosphere from being transmitted to the inside of the coal pile.

석탄용 자연발화 방지제는 석탄더미 표면부에 살포된 후 강우 또는 강풍 등에 의해 유실되지 않고 고정화될 수 있도록 에틸렌계 수지 액상첨가제를 사용한다.The spontaneous combustion inhibitor for coal uses an ethylene-based resin liquid additive so that it can be fixed without being lost due to rain or strong wind after being sprayed on the surface of the coal pile.

여기서 에틸렌계 수지 액상첨가제는 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 아스팔트(Asphalt), 질산요소(Urea nitrate), 및 셀룰로스(Cellulose)로 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose) 중에서 선택된 단독 또는 혼합하여 사용하며, 그 함량은 전체 에틸렌계 수지 액상첨가제 100 중량%에 대하여, 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate) 20 중량% 내지 30 중량%, 아스팔트(Asphalt) 60 중량% 내지 70 중량%, 질산요소(Urea nitrate) 0.002 중량% 내지 2 중량%, 및 셀룰로스(Cellulose)로 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(hydroxypropyl methylcellulose) 5 중량% 내지 20 중량%로 포함할 수 있다.Here, the ethylene-based resin liquid additive is selected from ethylene vinyl acetate, asphalt, urea nitrate, and cellulose, and is used alone or in combination with hydroxypropyl methylcellulose. And the content is 20% to 30% by weight of ethylene vinyl acetate, 60% to 70% by weight of asphalt, and urea nitrate, based on 100% by weight of the total ethylene resin liquid additive. ) 0.002% to 2% by weight, and 5% to 20% by weight of hydroxypropyl methylcellulose as cellulose.

또한 상기 에틸렌계 수지 액상첨가제의 성분 기준으로 제조된 사용제품을 원료로 혼합하여 사용할 수 있고, 시중에 유통되는 아스팔트가 혼합된 액상첨가제도 사용이 가능하다.In addition, products manufactured based on the ingredients of the ethylene resin liquid additive can be mixed and used as raw materials, and liquid additives mixed with asphalt available on the market can also be used.

본 발명의 에틸렌계 수지 액상첨가제의 희석비는 현장 상황에 맞게 적절히 조절할 수 있으며, 석탄용 자연발화 방지제는 고미연분 석탄회, 아스팔트 및 에틸렌계 수지 액상첨가제를 혼합을 통해 석탄더미 표면부에 도포된 후 경화되어 강우 및 강풍에 탈리 또는 균열이 발생하지 않는 특징이 있다.The dilution ratio of the ethylene-based resin liquid additive of the present invention can be appropriately adjusted to suit the field conditions, and the spontaneous combustion inhibitor for coal is applied to the surface of the coal pile by mixing high-carbon coal ash, asphalt, and the ethylene-based resin liquid additive. It hardens and has the characteristic of not detaching or cracking due to rainfall or strong winds.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제는 전체 석탄용 자연발화 방지제 100 중량%에 대하여 상기 고상원료는 55 중량% 내지 65 중량%, 상기 에틸렌계 수지 액상첨가제는 4.5 중량% 내지 6.5 중량% 및 상기 물은 30.5 중량% 내지 40.5 중량%로 이루어진 것이 바람직하다.The spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention contains 55% to 65% by weight of the solid raw material, 4.5% to 6.5% by weight of the ethylene-based resin liquid additive, and the water based on 100% by weight of the total spontaneous combustion inhibitor for coal. It is preferable that it consists of 30.5% by weight to 40.5% by weight.

이하 본 발명의 실험예를 통해 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제의 특성 및 효과에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the characteristics and effects of the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention will be described in detail through experimental examples of the present invention.

실험예 1. 석탄용 자연발화 방지제의 배합, 분사 및 경화특성 평가Experimental Example 1. Evaluation of mixing, spraying, and curing characteristics of spontaneous combustion inhibitors for coal

실험예 1은 원료 함량비, 초음파 조사여부, 초음파의 주파수 세기 및 조사시간에 따른 석탄용 자연발화 방지제의 배합, 분사 및 경화 특성을 평가하였다.Experimental Example 1 evaluated the mixing, spraying, and curing characteristics of the spontaneous combustion inhibitor for coal according to the raw material content ratio, presence of ultrasonic irradiation, frequency intensity of ultrasonic waves, and irradiation time.

하기 표 1은 고상원료 성분표와 같이 석탄회 또는 생활폐기물 소각재 또는 슬래그 분말 또는 Soot ash를 일정량을 준비한 뒤 에틸렌계 수지 액상첨가제 및 물을 일정량으로 석탄용 자연발화 방지제 원료를 준비한다.Table 1 below shows that, as shown in the solid raw material composition table, a certain amount of coal ash or household waste incineration ash, slag powder or soot ash is prepared, and then a certain amount of ethylene resin liquid additive and water are added to prepare the raw material for spontaneous combustion inhibitor for coal.

AshesAshes Chemical compositions(n=30)Chemical compositions(n=30) SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe2O3 _ CaOCaO MgOMgO Na2ONa 2 O K2O K2O SO3 SO 3 TiO2 TiO 2 P2O5 P 2 O 5 LOILOI 비고note 5%Ca5%Ca 49.7249.72 24.8524.85 4.214.21 4.994.99 2.262.26 1.661.66 1.591.59 0.220.22 0.660.66 0.140.14 9.79.7 석탄회coal ash 29%Ca29%Ca 37.3337.33 17.6317.63 3.133.13 29.229.2 1.681.68 1.011.01 1.251.25 0.150.15 0.60.6 0.170.17 7.857.85 소각재Incinerator 41%Ca41%Ca 26.726.7 13.9513.95 3.673.67 41.0541.05 1.321.32 1.231.23 1.021.02 0.260.26 0.450.45 0.470.47 9.889.88 슬래그slag

하기 표 2는 고상원료의 함량, 초음파 여부에 따른 배합 용이성, 노즐분사 적합도, 경화 속도를 평가한 것으로 실험조건은 전체 석탄용 자연발화 방지제 100 중량%에 대하여 고상원료로 전체 고상원료 100 중량%에 대해 산화칼슘(CaO) 5 중량% 함유 석탄회를 50 중량% 내지 65 중량% 범위로 변경시키고, 액상원료로 에틸렌 수지 액상첨가제는 5중량%를 첨가하였으며, 여기서 에틸렌계 수지 액상첨가제는 전체 에틸렌계 수지 액상첨가제 100중량%에 대하여, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 25.0 중량%, 아스팔트(Asphalt) 65.5 중량% , 셀룰로스(Cellulose) 8.0 중량%, 질산요소(Urea Nitrate) 1.5 중량%로 구성되어 있으며, 고상원료의 비율에 따라 물을 30 중량% 내지 45 중량%범위로 조절하여 석탄용 자연발화 방지제를 준비하였다.Table 2 below evaluates the content of solid raw materials, ease of mixing with or without ultrasonic waves, nozzle spray suitability, and curing speed. The experimental conditions are 100% by weight of all solid raw materials for 100% by weight of spontaneous combustion inhibitors for coal. Regarding this, the coal ash containing 5% by weight of calcium oxide (CaO) was changed to the range of 50% by weight to 65% by weight, and 5% by weight of ethylene resin liquid additive was added as a liquid raw material, where the ethylene resin liquid additive is the total ethylene resin. Based on 100% by weight of liquid additive, it consists of 25.0% by weight of ethylene vinyl acetate (EVA), 65.5% by weight of asphalt, 8.0% by weight of cellulose, and 1.5% by weight of urea nitrate, and solid raw materials. A spontaneous combustion inhibitor for coal was prepared by adjusting the water to a range of 30% by weight to 45% by weight according to the ratio.

준비된 석탄용 자연발화 방지제 원료에서 배합조건은 초음파(Ultrasonic wave)를 주파수 150kHz, 조사시간 10min으로 부가하였으며, 조사여부에 따른 변수실험을 진행하였고 모든 경우 교반기(21,24,25)를 250rpm속도로 가동하였다. The mixing conditions for the prepared spontaneous combustion inhibitor raw materials for coal were that ultrasonic waves were added at a frequency of 150 kHz and an irradiation time of 10 min. Variable tests were conducted depending on whether or not the irradiation was performed, and in all cases, the stirrers (21, 24, and 25) were operated at a speed of 250 rpm. It was put into operation.

구분division 배합 용이성Ease of mixing 노즐분사
적합도
Nozzle spray
fitness
경화 속도curing speed 최종 선정final selection
함량(중량%)Content (% by weight) 초음파 여부Ultrasound or not 6565 비초음파non-ultrasound 불량error 불량error 부적합incongruity ×× 초음파ultrasonic wave 적합fitness 부적합incongruity 부적합incongruity ×× 6060 비초음파non-ultrasound 분량amount 불량error 적합fitness ×× 초음파ultrasonic wave 양호Good 양호Good 적합fitness 5555 비초음파non-ultrasound 부적합incongruity 부적합incongruity 양호Good ×× 초음파ultrasonic wave 적합fitness 적합fitness 양호Good 5050 비초음파non-ultrasound 적합fitness 적합fitness 불량error ×× 초음파ultrasonic wave 적합fitness 적합fitness 부적합incongruity ××

상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 초음파를 가동하지 않은 비초음파 조건의 모든 경우에서 고상원료 함량비가 50 중량% 이상에서 배합과정에서 경화가 시작되어 배합 및 분사가 부적합 것으로 나타났으며, 초음파를 조사한 경우 고상원료인 석탄회 함량비가 50 중량% 이하로 하는 경우는 자연발화 방지제가 너무 묽어져 석탄더미 표면부에 도포하면 공극사이로 모두 빠져나가 표면부에 머무르지 못하게 될 뿐만 아니라 자연발화 방지제의 경화속도 또한 지연된다. 한편 고상원료의 함량비가 65 중량% 이상인 경우는 자연발화 방지제가 너무 뻑뻑하여 노즐을 이용한 분사가 거의 불가능하게 나타났다.As shown in Table 2 above, in all cases of non-ultrasonic conditions without operating ultrasonic waves, hardening began during the mixing process when the solid raw material content ratio was 50% by weight or more, making mixing and spraying unsuitable. When ultrasonic waves were irradiated, If the content of coal ash, which is a solid raw material, is less than 50% by weight, the spontaneous combustion inhibitor becomes too diluted and when applied to the surface of the coal pile, not only does it escape through the pores and cannot remain on the surface, but also the curing speed of the spontaneous combustion inhibitor is delayed. do. On the other hand, when the content ratio of solid raw materials was more than 65% by weight, the spontaneous combustion inhibitor was so thick that spraying using a nozzle was almost impossible.

따라서 고상원료 함량비가 55 중량% 내지 60 중량%로 초음파를 가동한 조건을 최종선정 하였다.Therefore, the conditions in which ultrasonic waves were operated with a solid raw material content ratio of 55% to 60% by weight were finally selected.

본 명세서의 표 2 내지 표 5에서 나타낸 최종선정에서 '○'는 수행조건이 최종선정 됨을 의미하고, 반대로 '×'는 수행조건이 최종선정 되지 않음을 의미한다.In the final selection shown in Tables 2 to 5 of this specification, '○' means that the performance conditions are finally selected, and conversely, '×' means that the performance conditions are not finally selected.

하기 표 3은 초음파의 주파수 세기 및 조사시간에 따른 배합, 분사 및 경화특성을 평가한 것으로 실험조건은 고상원료로 전체 고상원료 100 중량%에 대해 산화칼슘(CaO) 5 중량% 함유 석탄회 60 중량%, 액상시료는 에틸렌계 수지 액상첨가제 5%를 첨가하였으며, 상기 에틸렌계 수지 액상첨가제는 상기 표 2와 동일한 성분함량으로 구성되어 있으며, 물 35 중량%로 구성하였다. 한편, 배합조건은 초음파(Ultrasonic wave) 주파수 50kHz 내지400kHz, 조사시간 5 분 내지 30 분 범위로 변경하여 초음파 조사시간에 따른 변수실험을 진행하였고, 모든 경우 교반기를 250rpm 속도로 가동하였다.Table 3 below evaluates the mixing, spraying, and curing characteristics according to the frequency intensity and irradiation time of ultrasonic waves. The experimental conditions are solid raw materials, 60 wt% of coal ash containing 5 wt% of calcium oxide (CaO) based on 100 wt% of the total solid raw materials. , 5% of ethylene-based resin liquid additive was added to the liquid sample, and the ethylene-based resin liquid additive consisted of the same ingredient content as in Table 2 above, and 35% by weight of water. Meanwhile, the mixing conditions were changed to an ultrasonic wave frequency of 50 kHz to 400 kHz and an irradiation time of 5 to 30 minutes, and a variable experiment was conducted according to the ultrasonic irradiation time. In all cases, the stirrer was operated at a speed of 250 rpm.

구분division 배합 용이성Ease of mixing 노즐분사
적합도
Nozzle spray
fitness
경화 속도curing speed 최종 선정final selection
주파수(kHz)Frequency (kHz) 시간(분)Time (minutes) 5050 55 불량error 불량error 부적합incongruity ×× 1010 부적합incongruity 부적합incongruity 부적합incongruity ×× 2020 부적합incongruity 부적합incongruity 부적합incongruity ×× 3030 적합fitness 적합fitness 적합fitness 150150 55 적합fitness 적합fitness 적합fitness 1010 양호Good 양호Good 적합fitness 2020 양호Good 양호Good 양호Good 3030 양호Good 양호Good 양호Good 300300 55 적합fitness 적합fitness 적합fitness 1010 양호Good 양호Good 양호Good 2020 양호Good 양호Good 양호Good 3030 양호Good 양호Good 양호Good 400400 55 적합fitness 적합fitness 적합fitness 1010 양호Good 양호Good 양호Good 2020 양호Good 양호Good 양호Good 3030 양호Good 양호Good 적합fitness

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 석탄용 자연발화 방지제 원료에 초음파 주파수를 150kHz이상 부가할 경우 배합, 분사 및 분사 후 경화특성이 적합한 것으로 나타났다. 그러나, 초음파를 400kHz이상으로 증가 시 주변 소음이 증가하고 반응장치의 나사 풀림 현상 등 배합장치 내구성을 위해 150kHz 내지 300kHz범위가 적합한 것으로 판단된다. As shown in Table 3 above, when an ultrasonic frequency of 150 kHz or higher was added to the raw material of the spontaneous combustion inhibitor for coal, the mixing, spraying, and post-spray curing characteristics were found to be suitable. However, when the ultrasonic waves are increased above 400 kHz, the surrounding noise increases and the reaction device screw loosening phenomenon occurs, and the range of 150 kHz to 300 kHz is considered appropriate for the durability of the mixing device.

하기 표 4는 고상원료의 함량 및 전체 고상원료 100 중량%에 대해 산화칼슘(CaO)의 함유량별 배합, 분사 및 경화특성을 평가한 것이다. 실험조건은 상기 표 1의 산화칼슘(CaO) 5 중량% 내지 41 중량% 함유 고상원료를 50 중량% 내지 65 중량% 범위로 변경시켰으며, 액상시료는 에틸렌 수지 액상첨가제 5 중량%를 첨가하였으며, 에틸렌계 수지 액상첨가제는 상기 표 3의 조건에서의 조성과 같으며, 고상원료의 비율에 따라 물은 30 중량% 내지 45 중량% 범위로 조절하였다. 함편 배합 조건은 상기 표 2와 표 3에서 증명된 최적 조건으로 초음파(Ultrasonic wave) 주파수 150kHz, 조사시간 10분으로 부가하였으며, 모든 경우 교반기 250 rpm 속도로 혼합하였다.Table 4 below evaluates the mixing, spraying, and curing characteristics by content of solid raw materials and calcium oxide (CaO) for 100% by weight of total solid raw materials. The experimental conditions were changed to a range of 50% to 65% by weight of the solid raw material containing 5% to 41% by weight of calcium oxide (CaO) in Table 1, and 5% by weight of an ethylene resin liquid additive was added to the liquid sample. The composition of the ethylene-based resin liquid additive was the same as under the conditions in Table 3, and the water content was adjusted to 30% by weight to 45% by weight depending on the ratio of solid raw materials. The optimal mixing conditions as shown in Tables 2 and 3 were an ultrasonic wave frequency of 150 kHz and an irradiation time of 10 minutes, and in all cases, the mixture was mixed at a stirrer speed of 250 rpm.

구분division 배합 용이성Ease of mixing 노즐분사
적합도
Nozzle spray
fitness
경화 속도curing speed 최종 선정final selection
고상원료 함량(중량%)Solid raw material content (% by weight) CaO
(중량%)
CaO
(weight%)
6565 55 양호Good 양호Good 부적합incongruity ×× 2929 양호Good 양호Good 적합fitness 4141 양호Good 양호Good 적합fitness 6060 55 양호Good 양호Good 적합fitness 2929 양호Good 양호Good 양호Good 4141 양호Good 양호Good 양호Good 5555 55 적합fitness 적합fitness 양호Good 2929 적합fitness 적합fitness 양호Good 4141 양호Good 적합fitness 적합fitness 5050 55 적합fitness 적합fitness 부적합incongruity ×× 2929 적합fitness 적합fitness 부적합incongruity ×× 4141 적합fitness 적합fitness 적합fitness

상기 표4에 나타낸 것과 같이 고상원료를 55 중량% 내지 60 중량% 범위에서 모든 산화칼슘(CaO) 함유 고상원료를 사용해도 배합, 조사 및 경화 특성이 적합한 것을 나타났으며, 고상원료 65 중량% 이상 혹은 50 중량% 이하의 경우도 산화칼슘(CaO) 함유량이 41 중량% 이상인 경우 적합한 것으로 나타났다.As shown in Table 4 above, the mixing, irradiation, and curing properties were found to be suitable even when all calcium oxide (CaO)-containing solid raw materials were used in the range of 55% to 60% by weight. Alternatively, even in the case of 50% by weight or less, it was found to be suitable if the calcium oxide (CaO) content was 41% by weight or more.

하기 표 5는 전체 고상원료 100 중량%에 대해 산화칼슘(CaO) 29중량% 함유 석탄회, 고상원료 함량 60중량% 에틸렌 수지 액상첨가제를 3.75 중량% 내지 8.0% 범위로 변경하면서 배합, 분사 및 경화특성을 평가하였으며, 에틸렌계 수지 액상첨가제는 [표 3]의 조건과 동일하며, 에틸렌계 수지 액상첨가제의 비율에 따라 물을 32.0중량% 내지 36.25% 범위로 조절하였다. 한편, 배합조건은 상기 표 2 및 표 3에서 최적 조건으로 나타난 초음파(Ultrasonic wave) 주파수 150kHz, 조사시간 10분으로 부가하였으며, 모든 경우 교반기 250 rpm 속도로 혼합하였다.Table 5 below shows the mixing, spraying and curing characteristics while changing the coal ash containing 29% by weight of calcium oxide (CaO) and the ethylene resin liquid additive with 60% by weight of solid raw materials in the range of 3.75% by weight to 8.0% based on 100% by weight of total solid raw materials. was evaluated, and the ethylene-based resin liquid additive was the same as the conditions in [Table 3], and water was adjusted to the range of 32.0% by weight to 36.25% depending on the ratio of the ethylene-based resin liquid additive. Meanwhile, the mixing conditions were an ultrasonic wave frequency of 150 kHz and an irradiation time of 10 minutes, shown as the optimal conditions in Tables 2 and 3, and in all cases, mixing was performed at a stirrer speed of 250 rpm.

에틸렌계 수지 액상첨가제
(중량%)
Ethylene-based resin liquid additive
(weight%)
배합 용이성Ease of mixing 노즐분사
적합도
Nozzle spray
fitness
경화 속도curing speed 최종 선정final selection
8.008.00 불량error 불량error 적합fitness ×× 7.257.25 불량error 적합fitness 적합fitness ×× 6.506.50 적합fitness 적합fitness 적합fitness 5.255.25 양호Good 양호Good 양호Good 4.54.5 양호Good 양호Good 적합fitness 3.753.75 적합fitness 적합fitness 불량error ××

상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 액상원료 중 에틸렌계 수지 액상첨가제는 전체 석탄용 자연발화 방지제 100 중량%에 대해 4.5 중량% 내지 6.5 중량% 범위가 적절하며, 에틸렌계 수지 액상첨가제의 함량이 6.5 중량%를 초과할 경우 액상원료의 배합이 어려워지는 문제가 발생하며, 또한 그 함량이 증가하면 자연발화 방지제의 단가가 상승하게 되어 경제성이 떨어진다.As shown in Table 5 above, the ethylene-based resin liquid additive in the liquid raw materials is appropriately in the range of 4.5% to 6.5% by weight based on 100% by weight of the total coal spontaneous combustion inhibitor, and the content of the ethylene-based resin liquid additive is 6.5% by weight. If the percentage is exceeded, the problem of mixing liquid raw materials becomes difficult, and as the content increases, the unit price of the spontaneous combustion inhibitor increases, making it less economical.

반대로 에틸렌계 수지 액상첨가제 함량이 4.5 중량% 미만인 경우 오히려 자연발화 방지제의 경화속도가 지연되고 점도가 낮아져 강우에 의해 씻겨 내려가는 등 현장 적용성이 떨어지는 문제가 발생하므로 적합하지 않다.On the other hand, if the ethylene resin liquid additive content is less than 4.5% by weight, the curing speed of the spontaneous combustion inhibitor is delayed and the viscosity is lowered, so it is not suitable because it causes problems such as being washed away by rain and poor field applicability.

실험예 2. 석탄용 자연발화 방지제 도포에 따른 발화방지 효과 평가Experimental Example 2. Evaluation of ignition prevention effect according to application of spontaneous combustion inhibitor for coal

실험예 2는 저탄장 석탄 더미(stockpile) 표면부에 자연발화 방지제를 도포한 후 나타나는 발화방지 효과를 전산해석을 통해 알아보기 위해 실시하였다. 먼저 실제 저탄장 석탄 더미(stockpile)과 유사한 외부조건을 형성하고 크기가 유사한 격자계를 형성하였다.Experimental Example 2 was conducted to determine the ignition prevention effect after applying a spontaneous combustion inhibitor to the surface of a coal storage pile (stockpile) through computer analysis. First, external conditions similar to those of an actual coal stockpile were created, and a grid system of similar size was created.

자연발화 현상은 외부공기가 비교적 쉽게 유입되는 석탄 stockpile의 표면부에서 0.5m 내지 1.5m 사이에서 대부분 발생하므로 석탄 더미(stockpile) 격자계 형성 시 표면부는 격자계를 보다 조밀하게 설정하여 보다 자세한 전산해석을 수행하였다. 석탄 더미(stockpile) 파일의 형상은 높이 15m, 너비 40m로 하여 실제 석탄화력발전소 저탄장과 거의 유사하게 설정하였다. 그리고 석탄 더미(stockpile)의 입도는 실제 저탄장 석탄더미와 같이 하단부 양끝단의 입자크기를 평균 약 30mm로 상대적으로 크게 하여 외부 공기의 유입이 원활하게 이루어지도록 하였고 나머지 영역은 평균 입자크기를 2.2mm 내지 6.3mm 범위로 설정하였다.Since most spontaneous ignition phenomena occur between 0.5m and 1.5m on the surface of the coal stockpile, where external air relatively easily flows in, when forming the grid system of the coal stockpile, the grid system is set more densely on the surface area and a more detailed computational analysis is performed. did. The shape of the coal stockpile pile was 15m high and 40m wide, making it almost similar to an actual coal-fired power plant storage yard. In addition, the grain size of the coal stockpile was made relatively large at both ends of the lower part, at an average of about 30 mm, like an actual coal pile, to ensure smooth inflow of external air, and the remaining area had an average grain size of 2.2 mm or more. The range was set to 6.3mm.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 석탄 더미(stockpile) 전산해석 외부 조건 및 석탄 더미(stockpile) 격자계를 형성한 후 자연발화 방지제를 도포하여 얻을 수 있는 자연발화 방지효과에 대한 전산해석을 수행하였다. 자연발화 방지제의 주요 목적은 석탄 더미(stockpile)의 표면부에 자연발화 방지제를 도포하여 석탄이 외부공기 즉 산소와 접촉하는 것을 차단하는 것이므로 전산해석을 수행하기 위한 자연발화 방지제 도포조건으로 기 형성한 석탄 더미(stockpile) 격자계에 wall 경계조건(바닥기준 0~40% 범위)으로 지정하여 공기의 투과를 방지하도록 하였다.As shown in Figures 4 and 5, a computerized analysis of the external conditions of the coal stockpile and the spontaneous combustion prevention effect that can be obtained by forming a grid system of the coal stockpile and then applying a spontaneous combustion inhibitor is performed. did. The main purpose of the spontaneous combustion inhibitor is to apply the spontaneous combustion inhibitor to the surface of the coal stockpile to block the coal from contacting the outside air, that is, oxygen. Therefore, the conditions for applying the spontaneous combustion inhibitor to perform computerized analysis were established. A wall boundary condition (ranging from 0 to 40% based on the floor) was specified in the coal stockpile grid system to prevent air penetration.

여기서 wall 경계조건은 석탄 더미(stockpile)의 바닥부터 가장 상단까지의 높이를 100%로 하였을 때, 바닥기준 0에서 40% 정도의 높이를 의미한다. Here, the wall boundary condition means the height from 0 to 40% of the floor when the height from the bottom of the coal stockpile to the top is 100%.

이와 같이 동일한 조건의 석탄 더미(stockpile)에 대해서 자연발화 방지제를 도포한 경우와 도포하지 않은 경우에 대해 약 30일 정도의 기간이 경과한 후의 온도변화 차이를 비교하였고, 그 결과는 도 6에 나타내었다.In this way, the difference in temperature change after a period of about 30 days was compared between the case where the spontaneous combustion inhibitor was applied and the case where the spontaneous combustion inhibitor was not applied to the coal stockpile under the same conditions, and the results are shown in Figure 6. It was.

도 6a는 자연발화 방지제를 미도포한 모습이고, 도 6b는 자연발화 방지제를 도포한 모습이다.Figure 6a is a view without the autoignition preventer applied, and Figure 6b is a view with the autoignition preventer applied.

도 6a에서처럼 자연발화 방지제를 도포하지 않은 경우 실제 석탄화력발전소 저탄장에서 발생하는 자연발화 현상과 거의 유사하게 석탄의 입자가 큰 석탄 더미(stockpile)의 하단부 양 끝단에서 온도가 상승하였다.As shown in Figure 6a, when a spontaneous combustion inhibitor was not applied, the temperature rose at both ends of the lower end of the stockpile with large coal particles, almost similar to the spontaneous combustion phenomenon that occurs in an actual coal-fired power plant storage facility.

반면 도 6b에서처럼 자연발화 방지제를 도포한 경우 같은 시간이 경과했음에도 불구하고 저탄 초기의 온도를 그대로 유지하였고 해당부위의 온도는 더 상승하지 않았다. wall 경계조건을 형성하지 않은 40% 위치 이상에서는 온도가 약간 상승하기는 하였으나 석탄의 입자가 상대적으로 작아 자연발화가 발생하는 온도에는 도달하지 않는 것으로 나타나 자연발화 방지제를 석탄 stockpile 표면부에 도포하여 석탄과 외부공기의 접촉을 원천적으로 차단하는 경우 자연발화 방지효과는 매우 큰 것으로 나타났다.On the other hand, when the spontaneous combustion inhibitor was applied as shown in Figure 6b, the temperature at the initial stage of combustion was maintained even though the same amount of time had elapsed, and the temperature of the relevant area did not increase further. Although the temperature rose slightly above the 40% position where wall boundary conditions were not formed, the temperature at which spontaneous ignition occurs was not reached due to the relatively small size of the coal particles. As a result, a spontaneous ignition preventer was applied to the surface of the coal stockpile to ignite the coal. It was found that the effect of preventing spontaneous combustion was very large when contact with the outside air was fundamentally blocked.

실험예 3. 자연발화 모사실험Experimental Example 3. Spontaneous combustion simulation experiment

실험예 3은 실외형 자연발화 모사장치에서 석탄 파일(pile) 깊이별 산소 농도 및 온도 변화를 평가하였다.Experimental Example 3 evaluated oxygen concentration and temperature changes by coal pile depth in an outdoor spontaneous combustion simulation device.

실외형 자연발화 모사장치의 경우 도 7와 같이 500MW 표준 석탄화력 발전소의 저탄장과 유사한 형태로 실험을 위해 입도 50mm 원탄, 200kg을 쌓아 놓고 대기 온도 및 습도에 따른 석탄 내부의 열축적 및 발화발생 정도를 모니터링 하도록 구성하였다. 특히 자연발화 현상은 외부의 공기 및 수분과 접촉하기 쉬운 석탄 pile 표층의 1m 내지 2m 범위에서 대부분 발생하기 때문에 자연발화 모사장치의 경우도 상단부의 온도변화를 측정하도록 하였다. In the case of an outdoor spontaneous combustion simulation device, as shown in Figure 7, in a similar form to the coal storage of a 500 MW standard coal-fired power plant, 200 kg of raw coal with a particle size of 50 mm was piled up for the experiment, and the degree of heat accumulation and ignition inside the coal according to atmospheric temperature and humidity was measured. It is configured for monitoring. In particular, since the spontaneous ignition phenomenon mostly occurs in the 1m to 2m range of the surface layer of the coal pile, which is easily in contact with external air and moisture, the spontaneous ignition simulator was also designed to measure the temperature change at the upper part.

자연발화방지제는 중량 100% 대비 29% CaO함유 석탄회 60%, 에틸렌 수지 액상첨가제 5.25%, 물 34.75%로 하여 초음파(Ultrasonic wave) 주파수 150kHz, 조사시간 10분, 250rpm 교반속도로 혼합하여 제조한 석탄용 자연발화 방지제를 도포한 석탄 파일(pile)의 자연발화 모사시험과 석탄 파일(pile) 깊이별 산소농도 및 온도변화 모니터링 실시결과 도 8 내지 도 11과 같다.The spontaneous combustion inhibitor is made by mixing 60% coal ash containing 29% CaO based on 100% weight, 5.25% ethylene resin liquid additive, and 34.75% water at an ultrasonic wave frequency of 150 kHz, irradiation time of 10 minutes, and a stirring speed of 250 rpm. The results of a simulation test of spontaneous ignition of a coal pile coated with an anti-spontaneous ignition agent and monitoring of oxygen concentration and temperature changes at each depth of the coal pile are shown in Figures 8 to 11.

도 8은 50cm 깊이에서 석탄더미 내부 산소농도를 모니터링한 결과이고, 도 9는 1m 깊이에서 석탄더미 내부 산소농도를 모니터링한 결과로, 도시된 바와 같이 자연발화 방지제를 도포한 경우 2주(14일) 후부터 석탄 더미 내부산소 농도가 급격히 낮아아지는 것을 확인하였다.Figure 8 is the result of monitoring the oxygen concentration inside the coal pile at a depth of 50 cm, and Figure 9 is the result of monitoring the oxygen concentration inside the coal pile at a depth of 1 m. As shown, when the spontaneous combustion inhibitor was applied, the oxygen concentration was monitored for 2 weeks (14 days). ), it was confirmed that the oxygen concentration inside the coal pile decreased rapidly.

도 10은 50cm 깊이에서 석탄더미 내부 온도를 모니터링한 결과이고, 도 11은 1m 깊이에서 석탄더미 내부 온도를 모니터링한 결과로, 도시된 바와 같이 50cm 깊이의 내부온도는 대기온도와 비례하여 증감을 하나 발화방지제를 도포하지 않은 경우 25일 이후 급격히 온도가 상승하여 발화개시 현상을 나타내었다.Figure 10 is the result of monitoring the internal temperature of the coal pile at a depth of 50 cm, and Figure 11 is the result of monitoring the internal temperature of the coal pile at a depth of 1 m. As shown, the internal temperature at a depth of 50 cm increases or decreases in proportion to the air temperature. When no ignition inhibitor was applied, the temperature rose rapidly after 25 days, indicating ignition initiation.

실험예 4. 석탄용 자연발화 방지제 현장 적용 평가Experimental Example 4. Field application evaluation of spontaneous combustion inhibitors for coal

실험예 4는 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제를 석탄화력발전소 저탄장 현장에 적용하여 저탄장 자연발화 감소효과를 실증하기 위해 실시한 것으로, 한국서부발전 태안화력 옥외저탄장에 적용하여 도 12에서 나타낸 바와 같은 순서로 현장실증 과정을 수행하였다. 이때 석탄용 자연발화 방지제는 29 중량% 산화칼슘(CaO) 함유 석탄회를 첨가한 경우 자연발화방지제 1종, 5 중량% 산화칼슘(CaO)함유 석탄회를 첨가한 경우를 자연발화방지제 2종으로 구분하였다. 배합조건은 석탄회 60 중량%, 에틸렌 수지 액상첨가제 5.25 중량%, 물 34.75 중량%로 하여 초음파(Ultrasonic wave) 주파수 150kHz, 조사시간 10분, 250rpm의 교반속도로 혼합하여 제조하였다. Experimental Example 4 was conducted to demonstrate the effect of reducing spontaneous combustion in a coal storage site by applying the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention to a coal storage site at a coal-fired power plant. It was applied to an outdoor coal storage site at the Taean Thermal Power Plant of Korea Western Power Plant and was carried out in the same order as shown in Figure 12. A field verification process was conducted. At this time, spontaneous combustion inhibitors for coal were classified into one type when coal ash containing 29% by weight of calcium oxide (CaO) was added, and two types of spontaneous combustion inhibitors when coal ash containing 5% by weight of calcium oxide (CaO) was added. . The mixing conditions were 60% by weight of coal ash, 5.25% by weight of ethylene resin liquid additive, and 34.75% by weight of water, and mixed at an ultrasonic wave frequency of 150kHz, irradiation time of 10 minutes, and a stirring speed of 250rpm.

도 13에서와 같이 자연발화가 다발하는 SM저급탄 5,000톤을 하역시킨 후 각 석탄더미 경사면(50) 높이 3m, 넓이 3m 간격으로 30개 지점에 경사면 표면에서 30cm, 50cm, 100cm 및 150cm 깊이 별 4개씩 총 120개의 접촉식 온도센서(51)를 설치하였다. 상기 접촉식 온도센서(51)는 400℃이하의 온도를 0.1℃간격으로 실시간 측정할 수 있도록 구성하며, 바닥으로부터 1.5m, 3.0m, 6.0m, 9.0m 및 12m 경사면 거리별 30cm, 50cm, 100cm 및 150cm깊이별 온도센서를 설치하여 온도변화를 측정하였다.As shown in Figure 13, after unloading 5,000 tons of SM low-grade coal, which frequently spontaneously ignites, each coal pile slope (50) was placed at 30 points at intervals of 3 m in height and 3 m in width, 30 cm, 50 cm, 100 cm, and 150 cm deep from the slope surface. A total of 120 contact temperature sensors (51) were installed each. The contact temperature sensor 51 is configured to measure temperatures below 400°C in real time at 0.1°C intervals, and measures 30cm, 50cm, and 100cm at slope distances of 1.5m, 3.0m, 6.0m, 9.0m, and 12m from the floor. And temperature sensors were installed at each depth of 150 cm to measure temperature changes.

또한 석탄더미 경사면(50)에 형성된 접촉식 온도센서(51)는 도 14에서와 같이 깊이별로 구분되며 석탄더미 경사면 표면기준 30cm 온도센서인 제1 온도센서(51-1), 석탄더미 경사면 표면기준 50cm 온도센서인 제2 온도센서(51-2), 석탄더미 경사면 표면기준 100cm 온도센서인 제3 온도센서(51-3), 석탄더미 경사면 표면기준 150cm 온도센서인 제4 온도센서(51-4)를 설치하였으며, 바닥으로부터 1.5m, 3.0m, 6.0m, 9.0m 및 12m 경사면 높이별, 좌우 넓이 간격 3m로 설치하였으며, 온도센서 설치 후 1분 단위로 30일간 발화방지제 도포여부에 따른 위치별 온도변화를 측정하였다.In addition, the contact-type temperature sensor 51 formed on the coal pile slope 50 is divided by depth as shown in FIG. 14, and the first temperature sensor 51-1, which is a 30 cm temperature sensor based on the coal pile slope surface, is based on the coal pile slope surface. The second temperature sensor (51-2) is a 50cm temperature sensor, the third temperature sensor (51-3) is a 100cm temperature sensor based on the surface of the coal pile slope, and the fourth temperature sensor (51-4) is a 150cm temperature sensor based on the surface of the coal pile slope. ) were installed at 1.5m, 3.0m, 6.0m, 9.0m, and 12m from the floor, depending on the height of the slope and at 3m widths on the left and right. After installation of the temperature sensor, the temperature sensor was installed at 1 minute intervals for 30 days, depending on the location depending on whether or not the fire retardant was applied. Temperature changes were measured.

상기 도 13에 표시한 것과 같이 석탄용 자연발화 방지제 1종을 도포한 부분은 G4, 석탄용 자연발화 방지제 2종을 도포한 부분은 F4로 구분하였고, 석탄용 자연발화 방지제 1종 및 자연발화 방지제 2종을 도포한 깊이 1m 지점의 온도센서는 각각 G4-1 및 F4-1으로 구분하였으며, 석탄용 자연발화 방지제를 도포하지 않은 동일 경사면 높이 및 깊이의 온도센서를 각각 G6-1, F6-1으로 구분하였다.As shown in FIG. 13, the area where one type of spontaneous combustion inhibitor for coal was applied was classified as G4, the area where two types of spontaneous combustion inhibitor for coal were applied was classified as F4, and one type of spontaneous combustion inhibitor for coal and the spontaneous combustion inhibitor were classified as F4. Temperature sensors at a depth of 1m where two types were applied were classified as G4-1 and F4-1, respectively, and temperature sensors at the same slope height and depth where no spontaneous combustion inhibitor for coal was applied were classified as G6-1 and F6-1, respectively. It was divided into:

도 15는 석탄용 자연발화 방지제 도포여부에 따른 내부 1m 깊이에서 온도의 승온 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 15 is a graph showing the results of temperature increase at a depth of 1 m inside depending on whether or not a spontaneous combustion inhibitor for coal is applied.

도 15에 나타낸 바와 같이 1일 경과 후 대기온도는 밤과 낮에 따라 변화를 보이고 있으며, 석탄용 자연발화 방지제를 도포한 G4-1 및 F4-1지점은 일정한 온도승온 구배가 낮아 자연발화 발생이 억제되는 반면, 석탄용 자연발화 방지제를 도포하지 않는 G6-1, F6-1지점은 36일 이후부터 급격히 온도가 증가하여 자연발화가 발생하는 것으로 나타났다.As shown in Figure 15, after one day, the air temperature shows changes depending on the day and night, and the point G4-1 and F4-1 where the spontaneous combustion inhibitor for coal is applied has a low constant temperature increase gradient, so spontaneous combustion is unlikely to occur. On the other hand, at points G6-1 and F6-1 where the spontaneous combustion inhibitor for coal was not applied, the temperature increased rapidly after 36 days, and spontaneous combustion was found to occur.

도 16 및 도 17은 실증기간 30일 완료 후 석탄용 자연발화 방지제 표면상태 및 TC(thermocouple) 지지용 매트릭스 제거 모습을 나타낸 것이다. Figures 16 and 17 show the surface condition of the spontaneous combustion inhibitor for coal and the removal of the TC (thermocouple) support matrix after completing the 30-day demonstration period.

도 16에 나타낸 바와 같이 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제의 내구성은 41일이 경과한 후에도 견고한 상태로 유지하고 있고, 도 17에서처럼 TC(thermocouple) 지지용 매트릭스 철거지점 외에는 주변 표면 내구성이 우수한 것으로 확인되었다. As shown in Figure 16, the durability of the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention remains solid even after 41 days, and as shown in Figure 17, the durability of the surrounding surface was confirmed to be excellent except for the removal point of the TC (thermocouple) support matrix. It has been done.

앞서 살펴본 바와 같이 본 발명의 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템 및 이은 석탄용 자연발화 방지제의 원료 재료를 교반과 함께 초음파를 조사하여 석탄용 자연발화 방지제가의 경화속도를 지연시켜 원활하게 분사되도록 하는 효과가 있다.As seen above, the production system for the spontaneous combustion inhibitor for coal according to the present invention and the subsequent irradiation of ultrasonic waves while stirring the raw materials for the spontaneous combustion inhibitor for coal have the effect of delaying the curing speed of the spontaneous combustion inhibitor for coal so that it is sprayed smoothly. There is.

본 발명의 석탄용 자연발화 방지제를 석탄더미에 도포하는 경우 표면부 전체에 도포하지 않고 자연발화가 빈번하게 발생하는 부위 주변에 도포함으로써 상대적으로 적은 양의 자연발화 방지제를 이용하여 자연발화를 효과적으로 방지할 수 있다.When applying the spontaneous combustion inhibitor for coal of the present invention to a pile of coal, it is not applied to the entire surface, but is applied around the area where spontaneous combustion frequently occurs, thereby effectively preventing spontaneous combustion by using a relatively small amount of spontaneous combustion inhibitor. can do.

또한 석탄용 자연발화 방지제는 매립 폐기물인 고미연분 석탄회, 고칼슘 석탄회, 생활폐기물 소각재, 고로 슬래그 또는 Soot ash를 주 원료로 재활용하고 에틸렌계 수지 첨가제를 원료로 사용함으로써 저탄장 저급탄의 자연발화 현상을 사전에 방지하도록 하였고, 자연발화 방지제는 결국 보일러 재연소를 통해 칼슘성분은 노내 탈황제로서 황산화물(SO2) 발생량을 감소시키고 미연탄소 성분은 연소를 통해 열량을 보강 한 후 석탄회로 발생되어 재활용되므로 정부의 자원재순환 정책 대응 및 자연발화 방지를 통한 발전소 안전문제에 대응 할 수 있는 석탄화력발전소 발전부산물 재활용 및 친환경 전력산업 구현에 기여할 것으로 예상된다.In addition, spontaneous combustion inhibitors for coal recycle landfill wastes such as high-carbon coal ash, high-calcium coal ash, household waste incineration ash, blast furnace slag, or soot ash as main raw materials, and use ethylene-based resin additives as raw materials to prevent spontaneous combustion of low-grade coal from low-grade coal. In order to prevent spontaneous combustion, the calcium component ultimately reduces the amount of sulfur oxides (SO 2 ) generated as a desulfurization agent in the furnace through boiler recombustion, and the unburned carbon component reinforces heat through combustion and is then recycled by being generated as coal ash, so it is used by the government. It is expected to contribute to the recycling of power generation by-products from coal-fired power plants and the realization of an eco-friendly power industry that can respond to power plant safety issues by responding to resource recycling policies and preventing spontaneous combustion.

또한, 초음파 조사 방식을 통해 친수성의 석탄회를 다량 첨가하고 경화제인 에틸렌계 수지 액상첨가제를 물에 배합해도 물분자가 OH라디칼과 수소라디칼로 분해되어 통상의 경화제 용액의 확산 및 침투특성을 증가시키는 동시에 분자 간 결합속도는 지연시켜 배합제조 과정에서는 경화속도를 지연시키고 원활한 분사를 향상시킬 수 있는 기술성과 경제성이 우수한 특징을 가지고 있다.In addition, even when a large amount of hydrophilic coal ash is added through ultrasonic irradiation and an ethylene-based resin liquid additive, which is a hardener, is mixed with water, the water molecules are decomposed into OH radicals and hydrogen radicals, thereby increasing the diffusion and penetration characteristics of ordinary hardener solutions. By delaying the bonding speed between molecules, it has excellent technical and economical features in that it can delay the curing speed and improve smooth spraying during the mixing manufacturing process.

1 : 물 저장탱크 2 : 물 저장탱크의 제어밸브
3 : 아스팔트 용액 저장탱크 4 : 아스팔트 저장탱크의 제어밸브
5 : EVA 저장탱크 6 : EVA 저장탱크의 제어밸브
7 : 질산요소 저장탱크 8 : 질산요소 저장탱크의 제어밸브
9 : 셀룰로오스 저장탱크 10 : 셀룰로오스 저장탱크의 제어밸브
11 : 에틸렌계 수지 액상첨가제 배합탱크
12 : 에틸렌계 수지 액상첨가제 배합탱크의 제어밸브
13 : 고상원료 저장탱크 14 : 고상원료의 이송제어 스크류 밸브
15 : Ca(OH)2 저장탱크 16 : Ca(OH)2의 이송제어 스크류 밸브
17 : 액상원료 공급부 18 : 고상원료 공급부
20 : 원료 저장부 21 : 회전모터
22 : 초음파 발생기 23 : 절연부
25 : 회전축 26 : 배출구
27 : 배합탱크 30 : 제조부
31 : 배출라인 32 : 분사펌프
33 : 자연발화 방지제 제어밸브 34 : 분사라인
35 : 분사노즐 40 : 분사부
50 : 석탄더미 경사면 51 : 접촉식 온도센서
51-1 : 제1 온도센서 51-2 : 제2 온도센서
51-3 : 제3 온도센서 51-4 : 제1 온도센서
1: Water storage tank 2: Control valve of water storage tank
3: Asphalt solution storage tank 4: Control valve of asphalt storage tank
5: EVA storage tank 6: Control valve of EVA storage tank
7: Nitrate urea storage tank 8: Control valve of nitric acid urea storage tank
9: Cellulose storage tank 10: Control valve of cellulose storage tank
11: Ethylene-based resin liquid additive mixing tank
12: Control valve of ethylene resin liquid additive mixing tank
13: solid raw material storage tank 14: solid raw material transport control screw valve
15: Ca(OH) 2 storage tank 16: Ca(OH) 2 transfer control screw valve
17: Liquid raw material supply unit 18: Solid raw material supply unit
20: raw material storage unit 21: rotation motor
22: ultrasonic generator 23: insulation part
25: rotation axis 26: outlet
27: mixing tank 30: manufacturing department
31: discharge line 32: injection pump
33: Spontaneous combustion preventer control valve 34: Spray line
35: spray nozzle 40: spray unit
50: Coal pile slope 51: Contact temperature sensor
51-1: first temperature sensor 51-2: second temperature sensor
51-3: Third temperature sensor 51-4: First temperature sensor

Claims (13)

석탄용 자연발화 방지제에 대한 원료저장부;
상기 원료저장부로부터 공급받은 원료를 수용할 수 있도록 내부에 공간을 형성하는 배합탱크;
상기 배합탱크의 내부 중심에 위치하여 상기 원료 재료가 혼합되도록 회전하는 교반기; 및
상기 배합탱크에 연결되어 상기 원료 재료에 초음파를 조사하는 초음파 발생기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템.
Raw material storage unit for spontaneous combustion inhibitors for coal;
a mixing tank forming a space therein to accommodate the raw materials supplied from the raw material storage unit;
A stirrer located at the inner center of the mixing tank and rotating to mix the raw materials; and
An ultrasonic generator connected to the mixing tank to irradiate ultrasonic waves to the raw materials.
제1항에 있어서,
상기 배합탱크는,
상기 원료저장부에서 전달되는 원료가 유입되는 유입구; 및
상기 배합탱크로부터 제조된 석탄용 자연발화 방지제가 배출되는 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템.
According to paragraph 1,
The mixing tank is,
an inlet through which raw materials delivered from the raw material storage unit flow; and
A system for manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal, comprising: an outlet through which the spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured from the mixing tank is discharged.
제1항에 있어서,
상기 원료저장부는,
석탄회, 소각재 및 슬래그 중에서 선택된 어느 하나 이상을 저장하는 고상원료 저장탱크;
에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 아스팔트(Asphalt), 질산요소, 및 셀룰로스(Cellulose) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 저장하는 에틸렌계 수지 액상첨가제 저장탱크; 및
물 저장탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템.
According to paragraph 1,
The raw material storage unit,
A solid raw material storage tank storing one or more selected from coal ash, incineration ash, and slag;
An ethylene-based resin liquid additive storage tank storing one or more selected from ethylene vinyl acetate, asphalt, urea nitrate, and cellulose; and
A system for producing a spontaneous combustion inhibitor for coal, comprising a water storage tank.
제1항에 있어서,
상기 교반기는,
상기 배합탱크의 내부 중심에 구비되어 회전동력을 전달하는 회전축; 및
상기 회전축으로부터 회전동력을 전달 받아 회전하여 상기 원료 재료를 혼합하도록 상기 회전축에 구비되고, 복수 개가 상기 회전축을 기준으로 대칭되게 형성되는 회전블레이드;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템.
According to paragraph 1,
The stirrer,
A rotating shaft provided at the inner center of the mixing tank to transmit rotational power; and
Manufacture of a spontaneous combustion inhibitor for coal, comprising: a plurality of rotating blades provided on the rotating shaft to receive rotational power from the rotating shaft and rotate to mix the raw materials, and a plurality of rotating blades are formed symmetrically with respect to the rotating shaft; system.
제1항에 있어서,
상기 배합탱크에서 제조된 석탄용 자연발화 방지제가 배출되는 배출라인; 및
상기 배출라인의 일단에 연결되어 대상 석탄에 석탄용 자연발화 방지제를 분사노즐을 통해 분사하는 분사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제 제조시스템.
According to paragraph 1,
A discharge line through which the spontaneous combustion inhibitor for coal manufactured in the mixing tank is discharged; and
A spraying unit connected to one end of the discharge line to inject the spontaneous combustion inhibitor for coal onto the target coal through a spray nozzle.
(a) 배합탱크 내부에 액상원료로 물 및 에틸렌계 수지 액상첨가제를 투입하는 단계;
(b) 상기 배합탱크 내부에 석탄회, 소각재 및 슬래그 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 고상원료를 투입하는 단계;
(c) 상기 배합탱크에 투입된 원료에 초음파를 조사하는 동시에 교반하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제 제조방법.
(a) Injecting water and an ethylene-based resin liquid additive as liquid raw materials into the mixing tank;
(b) introducing a solid raw material containing at least one selected from coal ash, incineration ash, and slag into the mixing tank;
(c) irradiating ultrasonic waves to the raw materials introduced into the mixing tank and simultaneously stirring them.
제6항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 원료 재료에 초음파 주파수 150 내지 300 kHz로 10분 내지 20 분간 조사하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제 제조방법.
According to clause 6,
In step (c),
A method for producing a spontaneous combustion inhibitor for coal, characterized in that the raw material is irradiated with an ultrasonic frequency of 150 to 300 kHz for 10 to 20 minutes.
제6항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 원료를 200 rpm 내지 300 rpm으로 교반하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제 제조방법.
According to clause 6,
In step (c),
A method for producing a spontaneous combustion inhibitor for coal, characterized in that the raw materials are stirred at 200 rpm to 300 rpm.
제6항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후에,
제조된 석탄용 자연발화 방지제를 분사노즐을 이용하여 대상 석탄더미에 분사하는 분사단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제 제조방법.
According to clause 6,
After step (c) above,
A method for manufacturing a spontaneous combustion inhibitor for coal, comprising a spraying step of spraying the prepared spontaneous combustion inhibitor for coal onto a target coal pile using a spray nozzle.
석탄회, 소각재 및 슬래그 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 고상원료;
에틸렌계 수지 액상첨가제; 및
물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제.
Solid raw materials containing at least one selected from coal ash, incineration ash, and slag;
Ethylene resin liquid additive; and
A spontaneous combustion inhibitor for coal, characterized in that it contains water.
제10항에 있어서,
전체 석탄용 자연발화 방지제 100 중량%에 대하여,
상기 고상원료는 55 중량% 내지 65 중량%;
상기 에틸렌계 수지 액상첨가제는 4.5 중량% 내지 6.5 중량%;
상기 물은 30.5 중량% 내지 40.5 중량%;인 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제.
According to clause 10,
Regarding 100% by weight of the total spontaneous combustion inhibitor for coal,
The solid raw material is 55% by weight to 65% by weight;
The ethylene-based resin liquid additive is 4.5% by weight to 6.5% by weight;
The spontaneous combustion inhibitor for coal, characterized in that the water is 30.5% by weight to 40.5% by weight.
제10항에 있어서
상기 고상원료 100 중량%에 대하여,
산화칼슘 15 중량% 내지 40 중량%; 및
미연탄소 5 중량% 내지 25 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제.
In paragraph 10
With respect to 100% by weight of the solid raw material,
15% to 40% by weight of calcium oxide; and
A spontaneous combustion inhibitor for coal comprising 5% to 25% by weight of unburned carbon.
제10항에 있어서,
상기 에틸렌계 수지 액상첨가제 100 중량%에 대하여,
에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate) 20 중량% 내지 30 중량%;
아스팔트(Asphalt) 60 중량% 내지 70 중량%;
질산요소(Urea nitrate) 0.002 중량% 내지 2 중량%;
셀룰로스(Cellulose) 5 중량% 내지 20 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄용 자연발화 방지제.
According to clause 10,
With respect to 100% by weight of the ethylene resin liquid additive,
20% to 30% by weight of ethylene vinyl acetate;
Asphalt 60% to 70% by weight;
Urea nitrate 0.002% to 2% by weight;
A spontaneous combustion inhibitor for coal comprising 5% to 20% by weight of cellulose.
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