KR20230164666A - 유동매체재생장치, 연소시스템 및 유동층식 연소로의 연소방법 - Google Patents
유동매체재생장치, 연소시스템 및 유동층식 연소로의 연소방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230164666A KR20230164666A KR1020237031549A KR20237031549A KR20230164666A KR 20230164666 A KR20230164666 A KR 20230164666A KR 1020237031549 A KR1020237031549 A KR 1020237031549A KR 20237031549 A KR20237031549 A KR 20237031549A KR 20230164666 A KR20230164666 A KR 20230164666A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- medium
- fluidized
- fluidized bed
- combustion
- combustion furnace
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 148
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 title claims abstract description 54
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 title claims description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 67
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 112
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 50
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 34
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 22
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 29
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 26
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 20
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 8
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 6
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 5
- 239000010882 bottom ash Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000000275 quality assurance Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000010920 waste tyre Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/18—Details; Accessories
- F23C10/24—Devices for removal of material from the bed
- F23C10/26—Devices for removal of material from the bed combined with devices for partial reintroduction of material into the bed, e.g. after separation of agglomerated parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
- F23C10/04—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/18—Details; Accessories
- F23C10/24—Devices for removal of material from the bed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/30—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a fluidised bed
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
적어도, 유동층식 연소로의 유동층으로부터 회수한 유동매체가 공급되고, 상기 유동매체를 1기압하에 있어서의 비점이 -20℃ 이하인 액체매체에 접촉시켜 냉각하며, 상기 유동매체로부터 코팅층을 분리하는 냉각부를 구비한 유동층의 유동매체재생장치.
Description
본 발명은, 유동층식 연소로의 유동층을 형성하는 유동매체를 재생하는 유동층의 유동매체재생장치, 연소시스템 및 유동층식 연소로의 연소방법에 관한 것이다.
최근, 연료확보를 위하여, 건설폐재계 목질재료 및 목질계 재료 이외의 바이오매스연료나, 폐타이어나 폐플라스틱 등의 폐기물연료를 이용한 발전수요가 높아지고 있다. 이와 같은 발전기구로서는, 예를 들면, 연소대상물을 연소함과 함께 포화증기를 생성하는 연소로(예를 들면, 유동층식 연소로)와, 연소로에 접속되고 당해 연소로에서 발생하는 포화증기를, 연소로에서 생성된 연소가스를 이용하여 과열하여 발전에 이용하기 위한 과열기를 구비하는 순환유동층 보일러(이하, "CFB 보일러"라 칭하는 경우가 있다) 등을 이용한 기술을 일례로 들 수 있다.
한편, 이후 석유자원이나 바이오매스연료 자체의 고갈에 의하여, 바이오매스연료 중, 왕겨나 EFB(Empty Fruit Bunches) 등의 저품위의 바이오매스연료 등을 이용하는 사태가 많을 것으로 예측된다. 그러나, 저품위의 바이오매스연료나 폐기물연료에는, 예를 들면, Na, K 등의 알칼리성분 등의 불순물이 많이 포함되어 있다. 이와 같은, 알칼리성분 등의 불순물을 포함하는 저품위의 연료를 이용하면, 저융점의 화합물(이하, 적절히 "저융점화합물"이라 칭하는 경우가 있다)을 발생시키는 경우가 있고, 당해 저융점화합물이 유동층의 유동불량의 원인이 되는 경우가 있다. 이 때문에, 바이오매스연료의 CFB 보일러로의 연료적응범위를 확대하고, 당해 보일러의 유동불량을 억제하는 것이 급선무이고 또한 불가결하다.
예를 들면, 알칼리성분 등의 불순물을 포함하는 저품위의 연료에 대한 기술로서는, 예를 들면, 이하의 기술이 개발되어 있다(예를 들면, 하기 특허문헌 1 및 2 참조).
특허문헌 1에 기재된 기술은, 고알칼리함유 바이오매스연료의 연소에 있어서의 저융점화합물의 발생에 대하여, 유동층 내의 공기비를 특정 범위로 설정함과 함께, 배기가스재순환을 행하여 총공기유량에 대한 배기가스재순환유량의 비율을 특정 범위로 설정하며, 유동층 내의 공탑속도와 유동화개시속도의 비를 2~6으로 확보하면서, 유동층온도를 600~750℃로 제어함으로써, 저융점화합물에 의하여 유동매체(예를 들면, 보텀애시)가 응집하는 것을 억제하고, 유동불량을 발생시키지 않게 하여, 원활하고 또한 안정된 운전을 가능하게 하는 것이다. 그러나, 유동층의 온도를 600~750℃로 항상 제어하는 것은 용이하지 않다. 또, 본 기술을 이용해도 여전히 유동매체의 형상이 커지는 경향이 있기 때문에, 모래 등의 새로운 유동매체의 공급이 상당량 요구된다. 따라서, 유동매체의 관점에서 비용의 점에서도 아직 개선의 여지가 있다.
특허문헌 2의 기술은, 연소로의 유동층으로부터 빼낸 보텀애시 등의 유동매체를 물 속에 투입하여 냉각함으로써 유동매체로부터 부착물을 분리하는 냉각수조를 구비하고 있다. 당해 기술에 의해서도, 효율적으로 유동매체로부터 부착물을 분리하는 것이 가능하지만, 아직도, 효율적으로 고알칼리함유 바이오매스연료의 유동불량을 억제한다는 관점에서 개선의 여지가 있다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위하여, 효율적으로 유동매체로부터 코팅층을 분리하는 것이 가능한 유동매체재생장치, 연소시스템 및 유동층식 연소로의 연소방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은, 이하에 나타내는 바와 같다.
<1> 적어도, 유동층식 연소로의 유동층으로부터 회수한 유동매체가 공급되고, 상기 유동매체를 1기압하에 있어서의 비점(沸点)이 -20℃ 이하인 액체매체에 접촉시켜 냉각하며, 상기 유동매체로부터 코팅층을 분리하는 냉각부를 구비한 유동층의 유동매체재생장치.
<2> 상기 액체매체가, 액체공기, 액체질소 및 액체산소 중 적어도 어느 하나인 상기 <1>에 기재된 유동층의 유동매체재생장치.
<3> 상기 냉각부로부터 배출된 상기 유동매체와 상기 코팅층을 선별하는 선별수단을 구비한, 상기 <1> 또는 상기 <2>에 기재된 유동층의 유동매체재생장치.
<4> 상기 유동층식 연소로의 상기 유동층으로부터 회수한 유동매체의 온도가 상기 코팅층의 융점 이하인, 상기 <1> 내지 상기 <3> 중 어느 하나에 기재된 유동층의 유동매체재생장치.
<5> 상기 냉각부는, 상기 유동매체를 냉각하는 중간냉각부를 더 구비하고, 상기 중간냉각부에 의하여 냉각된 상기 유동매체를 상기 액체매체에에 접촉시키는, 상기 <1> 내지 상기 <4> 중 어느 하나에 기재된 유동층의 유동매체재생장치.
<6> 상기 코팅층을 분리한 상기 유동매체를 회수하고, 50~1000μm로 입도조정한 상기 유동매체를 상기 유동층으로 되돌리는 반송부를 더 구비한, 상기 <1> 내지 상기 <5> 중 어느 하나에 기재된 유동층의 유동매체재생장치.
<7> 유동층식 연소로와, 상기 <1> 내지 상기 <6> 중 어느 하나에 기재된 유동층의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템.
<8> 알칼리성분함유연료를 이용한 유동층식 연소로의 연소방법으로서,
상기 유동층식 연소로의 유동층으로부터 유동매체를 회수하고, 상기 유동층으로부터 회수한 상기 유동매체를 1기압하에 있어서의 비점이 -20℃ 이하인 액체매체에 접촉시켜 냉각하며, 상기 유동매체로부터 코팅층을 분리하는, 유동층식 연소로의 연소방법.
<9> 상기 액체매체가, 액체공기 및 액체질소 중 적어도 어느 하나인 상기 <8>에 기재된 유동층식 연소로의 연소방법.
<10> 상기 유동매체와 상기 코팅층을 선별하는, 상기 <8> 또는 상기 <9>에 기재된 유동층식 연소로의 연소방법.
<11> 상기 유동층식 연소로의 유동층으로부터 회수한 유동매체의 온도가 상기 코팅층의 융점 이하인, 상기 <8> 내지 상기 <10> 중 어느 하나에 기재된 유동층식 연소로의 연소방법.
<12> 상기 유동매체를, 중간냉각부에 의하여 냉각한 후에 상기 액체매체에 접촉시키는, 상기 <8> 내지 상기 <11> 중 어느 하나에 기재된 유동층식 연소로의 연소방법.
<13> 상기 코팅층을 분리한 상기 유동매체를 회수하고, 50~1000μm로 입도조정한 유동매체를 상기 유동층으로 되돌리는, 상기 <8> 내지 상기 <12> 중 어느 하나에 기재된 유동층식 연소로의 연소방법.
본 발명에 의하면, 효율적으로 유동매체로부터 코팅층을 분리하는 것이 가능한 유동매체재생장치, 연소시스템 및 유동층식 연소로의 연소방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 유동층의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 응집덩어리의 형성메커니즘을 설명하기 위한 개략도이고, (a)는 응집덩어리에 의한 코팅유발메커니즘을 나타내는 개략도이며, (b)는 응집덩어리용융유발메커니즘을 나타내는 개략도이다.
도 3은, K2O-SiO2 상태도이다.
도 4는, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 유동층의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템을 나타내는 개략도이다.
도 5는, 본 실시형태에 있어서의 연소시스템 및 유동매체재생장치에 적용 가능한 연소방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 양태에 있어서의 유동층의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 응집덩어리의 형성메커니즘을 설명하기 위한 개략도이고, (a)는 응집덩어리에 의한 코팅유발메커니즘을 나타내는 개략도이며, (b)는 응집덩어리용융유발메커니즘을 나타내는 개략도이다.
도 3은, K2O-SiO2 상태도이다.
도 4는, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 유동층의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템을 나타내는 개략도이다.
도 5는, 본 실시형태에 있어서의 연소시스템 및 유동매체재생장치에 적용 가능한 연소방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 양태에 있어서의 유동층의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템을 나타내는 개략도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 간단히 "본 실시형태"라고도 한다)에 대하여 상세하게 설명한다. 단, 이하의 실시형태는, 본 발명을 설명하기 위한 예시이며, 본 발명을 이하의 내용에 한정하는 취지는 아니다. 본 발명은, 그 요지의 범위 내에서 적절히 변형하여 실시할 수 있다. 다만, 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 또, 상하좌우 등의 위치관계는, 특별히 기재하지 않는 한, 도면에 나타내는 위치관계에 근거하는 것으로 한다. 또한, 도면의 치수비율은, 도시된 비율에 한정되는 것은 아니다.
[제1 실시형태]
제1 실시형태에 있어서의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 유동층의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템을 나타내는 개략도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 연소시스템(1)은, 연소대상물이 공급되고, 노 내에서 상기 연소대상물을 연소하는 유동층식의 연소로(2)와, 유동매체재생장치(3)를 구비하고 있다. 유동매체재생장치(3)는, 연소로(2)의 유동층(F)으로부터 회수한 유동매체(Fa)가 공급되고, 당해 공급된 유동매체(Fa)를, 1기압하에 있어서의 비점이 -20℃ 이하인 액체매체(LM)에 접촉시켜 냉각하며, 유동매체 (Fa)로부터 코팅층을 분리하는 냉각부의 역할을 하는 스크루반송기(11)를 포함한다. 제1 실시형태에 있어서의 유동매체재생장치(3)는, 연소로(2)의 유동층(F)으로부터 회수한 모래 등의 유동매체(Fa)로부터 코팅층을 분리하여 유동매체(Fa)의 재생을 행하기 위한 것이다.
연소시스템(1)은, 연소대상물로서, 왕겨나 EFB(Empty Fruit Bunches)의 고알칼리함유 바이오매스연료 등의 알칼리함유연료를 사용할 수 있다. 상기 고알칼리함유 바이오매스연료를, 이하, 간단히 "바이오매스연료"라 칭하는 경우가 있다. 연소시스템(1)은, 바이오매스연료를 연소하고, 밀폐용기 내의 물을 가열하여 증기를 생성하는 연소로(2)를 구비하고 있다. 연소로(2)는, 외부순환형의 유동층식 연소로이며, 이른바 CFB(Circulating Fluidized Bed) 보일러이다. 연소로(2)의 중간부에는 연료를 투입하는 연료투입구가 마련되고, 이 연료투입구로부터 바이오매스연료가 투입된다. 단, 연소시스템(1)에 사용되는 연소대상물은 바이오매스연료에 한정되는 것은 아니며, 알칼리성분함유연료이면 특별히 한정 없이 사용하는 것이 가능하다.
연소로(2)에는, 또한, 석영입자를 주성분으로 하는 모래 등의 유동매체(Fa)가 투입되어 있고, 이 유동매체(Fa) 중에 노의 하부(바닥부)로부터 공기가 공급되며, 유동매체(Fa)가 유동하여 유동층(F)이 형성된다. 당해 유동층(F)의 형성에 의하여 바이오매스연료의 연소가 촉진된다. 또, 바이오매스연료의 연소의 결과로서 발생하는 연소가스는, 유동매체(Fa)의 일부를 수반하면서 연소로(2) 내를 상승한다. 여기서, 본 명세서에 있어서 "유동매체"에는, 바이오매스연료의 연소에 의하여 발생하는 보텀애시도 포함한다. 또, "보텀애시"란, 모래 등의 유동매체를 주체로 하며, 바이오매스연료의 연소에 의하여 발생하는 연소재나, 바이오매스연료 중의 성분에 의하여 코팅되고 응집화된 유동매체(Fa)를 포함한다. 본 실시형태에 있어서의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템에 의하면, 바이오매스연료 중의 성분에 의하여 코팅되고 응집화된 유동매체(Fa)(응집덩어리)로부터 바이오매스연료 중의 성분에 의하여 발생한 "코팅층"(부착물을 포함)을 분리함으로써, 유동매체(Fa)를 재이용 가능하도록 재생할 수 있다. 다만, 이하 간단히 "코팅층"이라 칭한 경우, 바이오매스연료 중의 성분에 의하여 발생한 단순한 부착물도 포함한다.
연소로(2)의 상부에는, 연소가스를 배출하는 가스출구(2A)가 마련되어 있다. 가스출구(2A)에는, 고기(固氣)분리장치로서 기능하는 사이클론분리기(4)가 접속되어 있다. 사이클론분리기(4)에는, 연소로(2)에서 발생한 연소가스가 고체입자를 동반하면서 도입된다. 사이클론분리기(4)는, 원심분리작용에 의하여 연소가스로부터 포집고체입자를 분리한다. 연소가스로부터 분리된 포집고체입자는, 리턴라인(5)을 통하여 연소로(2)로 되돌려진다. 상기 포집고체입자에는, 보텀애시, 모래 등의 유동매체가 포함된다. 한편, 포집고체입자가 제거된 연소가스는, 배출구(4A)를 통하여 열회수장치(6)로 보내진다.
리턴라인(5)은, 연소로(2)의 하부에 접속된 관로로 구성되고, 그 도중에는 루프시일(5A)이 마련되어 있다. 루프시일(5A)은, 연소가스가 연소로(2)로 역류하는 것을 방지하는 설비이다. 루프시일(5A) 내에는, 사이클론분리기(4)로부터 보내진 유동매체(Fa)가 축적된다. 또, 루프시일(5A) 내의 유동매체(Fa)는, 루프시일(5A)의 출구가 되는 리턴슈트부(5B)로부터 연소로(2) 내로 투입된다.
열회수장치(6)는, 연소가스의 유로를 형성함과 함께, 열매체로서의 물을 유동시키는 도시를 생략하는 보일러튜브를 갖고 있다. 보일러튜브는, 열회수장치(6) 내에서 연소가스의 유로를 가로지르도록 마련되고, 사이클론분리기(4)로부터 보내지는 연소가스의 열을 튜브 내의 물과의 열교환에 의하여 회수한다. 보일러튜브 내에서는, 회수한 열에 의하여 고온의 수증기가 발생하고, 당해 수증기는 보일러튜브를 통하여 도시를 생략하는 발전용 터빈 등으로 보내진다. 또, 열회수장치(6)는, 배출구(6A)를 통하여 열회수 후의 연소가스를 백필터(7)에 보낸다.
백필터(7)는, 연소가스에 아직 동반되어 있는 플라이애시 등의 미립자를 제거하는 여과설비이다. 백필터(7)에 의하여 여과된 연소가스는, 흡인펌프(8)에 흡인되어 굴뚝(9)으로부터 연소시스템(1)의 외부로 배출된다.
한편, 연소로(2)에서는, 바이오매스연료의 연소과정에서, 연소에 의하여 발생한 연소재나 연료의 일부가 주변의 유동매체(Fa)와 용융되어 덩어리가 형성된다. 이 응집덩어리는 "어글로메(agglomeration)"라고도 칭해지는 경우가 있고, 연소로(2)의 바닥부에 축적되면 유동층(F)의 유동불량을 일으키는 원인도 된다. 이 때문에, 응집덩어리는, 유동매체(Fa)와 함께 정기적으로 연소로(2) 내로부터 빼내어 제거할 필요가 있다. 본 실시형태에 있어서는, 코팅층(부착물)을 제거하기 위하여, 응집화한 것을 포함하는 유동매체(Fa)를 연소로(2)의 배출구로부터 빼내고, 유동매체재생장치(3)로 반송한다.
도 2를 이용하여 연소로(2) 내에 있어서의 응집덩어리의 형성메커니즘에 대하여 설명한다. 도 2는, 응집덩어리의 형성메커니즘을 설명하기 위한 개략도이다.
먼저, 유동층(F)의 유동불량의 주된 원인인 응집덩어리의 형성은, 그 대부분이 저융점화합물의 융체, 즉 바이오매스연료 중의 알칼리성분에 기인하여 형성되는 물질(예를 들면, KCl(고체)))의 융체가 유동매체(Fa) 표면에 부착함, 혹은, 바이오매스연료 중의 성분이 유동매체(Fa)의 표면에서 화학반응을 일으킴으로써 유동매체(Fa)의 표면에서 알칼리성분이 공정(共晶)형성함으로써 일어난다. 이와 같이, 응집덩어리의 형성에는, 주로 코팅유발과 용융유발의 두 가지의 메커니즘이 알려져 있다.
(코팅유발메커니즘)
도 2의 (a)에, 코팅유발에 의한 응집덩어리(X)의 형성메커니즘을 나타낸다. 도 2의 (a)는 응집덩어리의 코팅유발메커니즘을 나타내는 개략도이다. 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 코팅유발에 의한 응집덩어리(X)의 형성은, 바이오매스연료 중의 알칼리성분(칼륨이나 나트륨 등)의 증기(예를 들면, KCl, K2SO4 등)(도 2의 (a) 중의 "N")와, 유동매체(Fa)의 주성분인 석영입자(모래)의 화학반응에 의하여 일어난다. 특히, KCl은, 700℃ 이상에 있어서 증기가 되기 쉬운 경향이 있다. 당해 화학반응에 의하여, 유동매체(Fa)의 표면에는 점착성이 있는 공정코팅(C)(예를 들면, K2O-SiO2: 알칼리규산염상(相))이 형성된다. 그 후, 공정코팅(C)이 형성된 유동매체(Fa)끼리가, 유동층(F) 내에서 접합과 이산을 반복한다. 그 결과, 입자응집이 개시되고, 서서히 유동저해요인이 되는 응집덩어리(X)가 형성된다.
코팅유발에 의한 응집덩어리(X)의 형성메커니즘의 주요한 제어인자는, 공정코팅두께(접합이간의 용이성), 공정코팅조성(접합강도) 및 국소온도이다. 또, 바이오매스연료 중에 포함되는 성분으로서는, 알칼리성분 외에 인도 응집덩어리(X)의 형성에 있어서의 중요인자인 것이 확인되고 있다.
다만, 공정코팅(C)은, 도 3에 있어서의 K2O-SiO2 상태도에 나타내는 바와 같이 약 700℃에서 용융되기 시작한다. 이 때문에, 연소로(2) 내에 있어서 고온이 되는 영역(고온에서 연소하는 영역)(약 700℃~900℃)에서는, 공정코팅(C)은 용융상태가 되어, 유동매체(Fa)끼리가 용이하게 응집한다.
(용융유발메커니즘)
다음으로, 용융유발에 의한 응집덩어리(X)의 형성메커니즘에 대하여 설명한다. 도 2의 (b)는, 용융유발메커니즘을 나타내는 개략도이다. 용융유발에 의한 응집덩어리(X)는, 바이오매스연료 중의 알칼리성분에 의하여 형성된 저융점화합물(알칼리규산염)의 융체(M)가, 유동매체(Fa)의 표면에 부착됨으로써 일어난다. 융체(M)가 부착된 유동매체(Fa)끼리는, 유동층(F) 내에서 점차 응집하여, 응집덩어리(X)가 형성된다. 용융유발에 의한 응집덩어리(X)의 형성메커니즘의 제어인자는, 국소온도, 및 연료재조성이며, 고농도의 알칼리성분과 염소가 포함된 연소재에서는, 용융유발메커니즘을 통하여 응집덩어리(X)가 형성되는 경향이 있다.
(유동매체재생장치(3))
유동매체(Fa)로부터 알칼리규산염상 등의 코팅층을 분리하고, 이것을 재생(재이용)하는 유동매체재생장치(3)에 대하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유동매체재생장치(3)는, 연소로(2)의 유동층(F)으로부터 회수한 유동매체(Fa)가 공급되는 공급부(10)와, 공급부(10)로부터 공급된 유동매체(Fa)를 반송하면서, 공급관(11A)으로부터 공급되는 액체매체(LM)에 접촉시켜, 유동매체(Fa)를 냉각하는 스크루반송기(11)를 구비한다. 상술한 바와 같이 스크루반송기(11)는 유동매체(Fa)의 냉각부의 역할을 담당하고 있다. 또한, 유동매체재생장치(3)는, 스크루반송기(11)로부터 배출된 유동매체(Fa)와 코팅층을 선별하는 선별장치(12)와, 코팅층을 분리한 유동매체를 회수하여 연소로(2)의 유동층(F)으로 되돌리는 반송기구(13)를 구비하고 있다.
공급부(10)는, 연소로(2)의 바닥부에 마련된 배출구에 접속되어 있고, 연소로(2)의 유동층(F)으로부터 회수한 유동매체(Fa)가 공급된다. 연소로(2)로부터 회수된 유동매체는 고온(예를 들면, 700℃)이고, 공급부(10)를 통하여 스크루반송기(11) 내에 공급된다.
공급부(10)에 공급되는 연소로(2)의 유동층(F)으로부터 회수한 유동매체(Fa)의 온도는, 특별히 한정은 없지만, 예를 들면, 상온(예를 들면, 25℃) 이상의 유동매체(Fa)의 코팅층(부착물))의 융점 이하(예를 들면, 유동매체(Fa)에 SiO2-K2O의 코팅층이 형성되어 있는 경우 등에는, 700℃ 이하)인 것이 바람직하다.
연소로(2)로부터 유동매체(Fa)를 회수하는 위치는 특별히 한정은 없지만, 고온의 유동매체(Fa)를 효율적으로 회수하는 관점에서, 연소로(2)의 바닥부로부터 퇴적한 유동층(F)의 유동매체(Fa)를 회수하는 것이 바람직하다.
스크루반송기(11)는, 연소로(2)의 배출구에 접속된 공급부(10)에 접속되어 있고, 연소로(2)의 바닥부로부터 빼내진 고온의 유동매체(Fa)가 공급된다. 스크루반송기(11)는 도면 중 "M"으로 나타내는 모터의 구동에 의하여 스크루가 회전하여, 장치 내의 유체를 반송 가능하게 구성되어 있다. 또, 스크루반송기(11)는 미리 냉각되어 있고, 당해 스크루반송기(11)를 미리 냉각하기 위해서는 물 등의 액체매체(L) 이외의 냉각수단을 이용할 수 있다. 스크루반송기(11)에는 공급관(11A)이 연결되어 있고, 도시를 생략하는 펌프 등에 의하여, 액체매체(LM)가 스크루반송기(11)의 반송로 내에 공급되도록 구성되어 있다. 스크루반송기(11)의 액체매체(LM)가 공급되는 위치는 특별히 한정되는 것은 아니고, 스크루반송기(11) 내의 최적의 개소에 있어서 액체매체(LM)가 유동매체(Fa)와 접촉하도록 액체매체(LM)의 공급위치를 설정할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 바와 같이 액체매체(LM)는 스크루반송기(11)의 하류측으로부터 공급되어도 되고, 스크루반송기(11)의 상류측으로부터, 또는, 스크루반송기(11)의 전체에 걸쳐 공급되도록 구성되어 있어도 된다.
본 실시형태에 있어서 액체매체(LM)는, 1기압하에 있어서의 비점이 -20℃ 이하인 액체이며, 0℃를 하회하는 저온을 유지 가능한 액체매체이다. 또, 본 명세서 전체에서 "액체매체"에는, 액체매체가 증발된 기체매체도 포함된다. 액체매체(LM)로서는, 예를 들면, 액체공기(1기압하에 있어서의 비점: 약 -190℃), 액체질소(1기압하에 있어서의 비점: 약 -196℃), 액체산소(1기압하에 있어서의 비점: 약 -183℃), 액체수소(1기압하에 있어서의 비점: 약 -252.6℃) 등을 들 수 있다. 액체매체(LM)는, 예를 들면, 연소로(2)에 있어서의 연료조건(노 내에 반입되는 알칼리성분(예를 들면, 칼륨)의 양)에 따라 적절히 선정할 수 있지만, 취급용이성이나 입수용이성 및 안전성 등의 관점에서, 액체공기, 액체질소 및 액체산소 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
스크루반송기(11) 내를 반송된 고온의 냉각수축차는 액체매체(LM)와 접촉하여 급랭된다. 상술한 코팅유발메커니즘에 의하여 형성된 알칼리규산염상 등의 공정코팅(C)이나, 용융유발메커니즘에 의하여 표면에 저융점화합물(알칼리규산염)의 융체(M) 등의 코팅층을 수반하는 유동매체(Fa)(응집덩어리)가 액체매체(LM)와 접촉하면, 유동매체(Fa) 및 코팅층은, 고온의 상태에서 급속히 냉각되고, 유동매체(Fa)와 코팅층의 열팽창차(냉각수축차)에 의하여, 유동매체(Fa)로부터 코팅층이 분리된다. 당해 분리는, 코팅층(예를 들면, 알칼리규산염 등)과 유도매체(모래 등)의 재료의 차이(즉, 물리적 성상의 차이)에 의한 냉각수축차를 이용하는 것이다.
또, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 스크루반송기(11) 내에 있어서, 유동매체(Fa)와 코팅층의 냉각수축차에 의한 분리를 효과적으로 발생시키는 관점에서, 유동매체(Fa)의 온도와 액체매체(LM)의 온도의 차는 120~410℃인 것이 바람직하다.
스크루반송기(11) 내에서 냉각 및 분리된 유동매체(Fa)와 코팅층은 당해 반송기의 배출구로부터 배출되어 후단에 위치하는 선별장치(12)에 공급된다. 이때, 액체매체(LM)는 유동매체(Fa)에 접촉한 후 즉시 휘발하기 때문에, 분리한 유동매체(Fa)와 코팅층은 건조한 상태에서 선별장치(12)에 공급된다.
선별장치(12)에는, 선별장치(12) 내에 선별수단으로서 체가 설치되어 있고, 또한, 배출관(12A)과 공급관(12B)이 접속되어 있다. 공급관(12B)을 통하여 스크루반송기(11)로부터 선별장치(12)에 공급된 유동매체(Fa)와 코팅층의 혼합물은, 선별장치(12) 내에서 유동매체(Fa)와 코팅층 등의 연소부적합물로 선별된다. 선별장치(12)는, 유동매체(Fa)와 코팅층의 입경차를 이용하여 체에 의하여 유동매체(Fa)와 유동매체(Fa) 이외(즉 코팅층 등의 연소부적합물)를 선별한다. 선별장치(12)에서 선별된 유동매체(Fa)는 반송기구(13)로 반송된다. 또, 선별장치(12)에서 선별된 코팅층 등의 연소부적합물은 배출관(12A)으로부터 시스템 밖으로 배출된다.
선별장치(12) 내에 구비되는 체의 체눈크기는 특별히 한정은 없지만, 제거대상인 코팅층의 입경이 수 μm 이하이기 때문에, 예를 들면 체의 체눈크기를 50μm 이하로 함으로써, 유동매체(Fa)와 코팅층을 선별할 수 있다. 선별장치(12) 내에 구비되는 체로서는, 유동매체(Fa)의 입경의 관점에서, 예를 들면, ASTM 규격(American Society for Testing and Materials)에 근거한 메시사이즈를 기준으로 하면, 예를 들면, 270~325메시(체눈크기 45~53μm)인 것을 이용할 수 있다. 또, 선별장치(12) 내의 체는 단단(單段) 또는 다단 중 어느 것으로 구성되어 있어도 된다.
반송기구(13)는, 코팅층을 분리한 유동매체(Fa)를 회수하여 유동층으로 되돌리는 기구이다. 또, 반송기구(13)에는, 유동매체(Fa)의 유동조정을 행하는 입도조정장치(13A)와 반송라인(13B)이 구비되어 있다.
선별장치(12)로부터 반송기구(13)로 반송된 선별 후의 유동매체(Fa)는, 먼저, 입도조정장치(13A)에 공급된다. 입도조정장치(13A)에는, 입도조정수단으로서 체가 설치되어 있으며, 유동매체(Fa)의 입도조정을 행한다. 입도조정장치(13A)는, 유동매체(Fa)로부터 이물을 더 배제하고 연소로(2) 내로 되돌려지는 유동매체(Fa)의 순도(품질)를 높이는 관점에서, 유동매체(Fa)의 입도를, 예를 들면, 50~1000μm로 조정할 수 있다.
입도조정장치(13A) 내에 구비되는 체의 체눈크기는 특별히 한정은 없지만, 1000μm 이상의 이물을 제거하기 위하여 예를 들면, 체의 체눈크기를 1000μm 이상으로 할 수 있다. 입도조정장치(13A) 내에 구비되는 체로서는, 유동매체(Fa)의 입경의 관점에서, 예를 들면, ASTM 규격(American Society for Testing and Materials)에 근거한 메시사이즈를 기준으로 하면, 예를 들면, 16~18메시(체눈크기 1000~1180μm)인 것을 이용할 수 있다. 또, 입도조정장치(13A) 내의 체는 단단 또는 다단 중 어느 것으로 구성되어 있어도 된다.
입도조정장치(13A)에는 연소로(2)의 유동층(F)으로 되돌리는 반송라인(13B)이 접속되어 있다. 입도조정장치(13A) 내에서 입도조정된 유동매체(Fa)는, 반송라인(13B)에서 배출된다. 도 1 중, 반송라인(13B)의 화살표로 나타내는 "a"표시는, 연소로(2)의 측방의 "a"표시의 개소와 연통되어 있고, 반송기구(13)에서 회수된 유동매체(Fa)가 연소로(2)의 연료투입구로부터 유동층(F)으로 되돌아가는 것을 의미하고 있다.
이상 설명한 제1 실시형태의 유동매체재생장치(3) 및 이것을 편입한 연소시스템(1)에 의하면, 연소로(2)의 유동층(F)의 바닥부로부터 빼낸 고온의 유동매체(Fa)를 1기압하에 있어서의 비점이 -20℃ 이하인 액체매체에 접촉시켜 급속하게 냉각시킴으로써, 유동매체(Fa)와 코팅층의 수축차에 의한 코팅층의 박리를 발생시킨다. 이것은, K2O-SiO2 등의 알칼리규산염상과 모래 등의 유동매체(Fa)의 물리적 성상이 상이하기 때문에 급속한 냉각에 의하여 수축차가 발생하는 것의 결과로서 유동매체(Fa)와 코팅층의 분리가 실현된다.
이와 같이, 유동매체재생장치(3) 및 이것을 편입한 연소시스템(1)에 의하면, 유동매체(Fa)와 코팅층의 물리적 성상의 차이에 근거하여 수축차를 이용함으로써, 물리적 충돌을 이용하는 종래 장치와 비교하여, 매우 효율적으로 유동매체(Fa)로부터 코팅층을 분리하여 유동매체(Fa)를 재생함으로써, 순환재인 유동매체(Fa)의 품질확보 및 유효활용을 달성할 수 있다.
또, 유동매체재생장치(3)에 의하면, 반송라인(13B)에 의하여 코팅층과 분리한 유동매체(Fa)를 회수하여 유동층(F)으로 되돌릴 수 있다. 이 때문에, 유동층(F)으로부터 빼낸 만큼의 유동매체(Fa)를 유동층(F)으로 되돌려 자동적으로 보충하는 것이 가능해져, 유동매체(Fa)의 보충에 관한 노력(勞力)의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 유동매체재생장치(3) 및 연소시스템(1)에 의하면, 본 실시형태에 있어서의 건조한 상태에서 유동매체(Fa)의 입자를 취급할 수 있다. 이 때문에, 선별장치(12)나 반송기구(13)에 있어서의 반송이 스무스하고, 유동매체(Fa)의 리사이클이 용이해짐과 함께, 유동매체(Fa)가 연소로(2) 내의 유동층(F)으로 되돌려졌을 때의 수분반입량을 저감시킬 수 있다. 또, 본 실시형태에 있어서의 유동매체재생장치(3) 및 연소시스템(1)에 의하면, 건조공정 등을 거치지 않고, 유동매체(Fa)를 보일러에 반송할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서의 유동매체재생장치(3) 및 연소시스템(1)은, 효율면 및 비용면에서도 유리하게 유동매체를 재이용할 수 있음과 함께, 대량으로 유동매체(Fa)(모래 등)를 이용하는 것 같은 대형의 연소로(2)에 대해서도 적절하게 대응할 수 있다.
[제2 실시형태]
제1 실시형태에 있어서는, 연소로(2)로부터 회수한 고온의 유동매체를 그대로 액체매체(LM)에 접촉시키는 양태에 대하여 설명했지만, 본 발명의 양태는 이러한 양태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 실시형태에 있어서 냉각부(예를 들면, 스크루반송기(11))의 반송경로를 어느 정도 확보하여, 액체매체에 접촉하기 전에 유동매체의 온도가 어느 정도 저하하도록 구성해도 되며, 냉각부에, 추가로 유동매체를 냉각시키는 중간냉각부를 마련하고, 당해 중간냉각부에 의하여 냉각된 유동매체를 액체매체에 접촉시키도록 구성할 수도 있다.
이하, 도 4를 이용하여, 스크루반송기(11)가 냉각매체유동로(중간냉각부)를 갖는 양태에 대하여 설명한다. 도 4는, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 유동층의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태에 있어서의 연소시스템(21)의 유동매체재생장치(22)는, 스크루반송기(11)에 의한 유동매체(Fa)의 반송 시에 유동매체(Fa)를 냉각하는 점만이 제1 실시형태와 상이하다. 이하, 제1 실시형태와 동일한 구성의 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
제2 실시형태의 연소시스템(21)에 있어서, 유동매체재생장치(22)는, 스크루반송기(11)의 상류부 주위에 물 등의 냉각매체를 유동시키는 냉각매체유동로(23)가 형성되어 있다. 냉각매체유동로(23)의 양단은, 냉각매체를 순환시키기 위한 순환용 관로와 접속되어 있고, 이 관로의 도중에는 냉각매체를 저류하는 냉각매체탱크(24)와 냉각매체를 원활하게 유동시키기 위한 펌프(26)가 마련되어 있다. 또, 냉각매체탱크(24)의 하방에는, 냉각매체탱크(24) 내의 냉각매체를 냉각하는 냉각기(25)가 마련되어 있다.
유동매체재생장치(22)에 있어서, 연소로(2)의 배출구로부터 배출된 고온의 유동매체(Fa)는, 스크루반송기(11)의 상류부에서 반송될 때, 냉각매체유동로(23) 중의 냉각매체에 열을 이동시킴으로써 냉각된다. 유동매체(Fa)는, 스크루반송기(11)에 투입되기 직전의 온도가 소정의 적정온도가 될 때까지 냉각된다. 또, 본 실시형태에 있어서 액체매체(LM)는 스크루반송기(11)의 하류부 주변에 위치하도록 그 공급량이 제어되어 있다. 이와 같이 액체매체(LM)와 접촉시켜 냉각할 때에, 유동매체(Fa)의 온도를 스크루반송기(11)의 상류부에서 적정온도로 함으로써, 스크루반송기(11)의 하류부에 있어서의 유동매체(Fa)와 코팅층의 수축차에 기인하는 코팅층의 박리를 적절히 발생시킬 수 있음과 함께, 과도하게 급속한 냉각에 의하여 유동매체(Fa) 자체에 크랙이 발생하는 것을 예방할 수 있다. 적정온도는, 액체매체의 온도나 공급량, 및 유동매체(Fa)의 투입량 등에 따라, 상온(예를 들면 25℃) 이상 유동매체의 코팅층의 융점 이하(코팅층이 SiO2-K2O의 코팅층이라면, 700℃ 이하) 중에서 적절히 선택된다.
이상 설명한 제2 실시형태에 있어서의 유동매체재생장치(22)에 의하면, 냉각매체유동로(23)에 의하여 고온의 유동매체(Fa)를 적정온도까지 냉각하고 나서 액체매체(LM)와 접촉시킴으로써, 유동매체(Fa)의 투입에 의한 액체매체(LM)의 과잉된 증발이나 온도의 대폭적인 변화를 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 액체매체(LM)의 온도변화를 억제하기 위하여 대량의 액체매체(LM)를 공급하거나, 빈번하게 스크루반송기(11) 내의 온도조절을 행하는 사태를 피하는 것이 가능해지고, 이로써 스크루반송기(11)의 소형화나 운용비용의 저하를 도모할 수 있다.
제2 실시형태의 연소시스템(21)에 있어서, 유동매체재생장치(22)는, 스크루반송기(11)의 상류부 주위에 냉각매체유동로(23)가 설치되어 있지만, 본 발명은 당해 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 유동매체재생장치(22)는, 냉각매체유동로(23)를 스크루반송기(11)의 하류부 주위에 설치하고, 스크루반송기(11)의 상류부 주위로부터 액체매체(LM)가 공급되도록 구성되어 있어도 된다.
(유동층식 연소로의 연소방법)
또한, 상술한 연소시스템 및 유동매체재생장치에 적용 가능한 유동층식 연소로의 연소방법의 흐름에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 도 5는, 본 실시형태에 있어서의 연소시스템 및 유동매체재생장치에 적용 가능한 연소방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 실시형태에 있어서의 유동층식 연소로의 연소방법은, 상술한 바와 같이 바이오매스연료 등의 알칼리성분함유연료를 이용한 유동층식 연소로의 연소방법이다. 본 실시형태에 있어서의 연소방법에 있어서는, 먼저, 바이오매스연료 등의 알칼리성분함유연료를 유동층식 연소로에 연소하고(스텝 S1에 있어서의 연소공정), 유동층식 연소로의 유동층으로부터 유동매체를 회수하며(스텝 S2에 있어서의 회수공정), 유동층으로부터 회수한 상기 유동매체를 1기압하에 있어서의 비점이 -20℃ 이하인 액체매체에 접촉시켜 냉각하고, 상기 유동매체로부터 코팅층을 분리하는 공정을 갖는다(스텝 S3에 있어서의 냉각분리공정). 구체적으로는, 도 1에 있어서의 연소로(2)로부터 회수한 유동매체(Fa)를 스크루반송기(11) 내에 있어서 액체매체(LM)와 접촉시키는 공정이다. 이때, 액체매체로서는, 특별히 한정은 없지만, 상술한 바와 같이, 액체공기 및 액체질소 중 적어도 어느 하나로 할 수 있다.
또, 냉각분리공정에 있어서는, 상술한 바와 같이, 유동층식 연소로의 유동층으로부터 회수한 유동매체의 온도는, 유동매체의 코팅층의 융점 이하인 것이 바람직하다. 이 때문에, 제2 실시형태에서 설명되는 바와 같이, 냉각분리공정에 있어서는, 유동매체를, 중간냉각부(예를 들면, 도 4에 있어서의 냉각매체유동로(23))에 의하여 냉각한 후에 액체매체에 접촉시켜도 된다.
이어서, 상기 냉각분리공정에 있어서 분리된 유동매체 및 코팅층은 선별공정에 있어서 선별할 수 있다(스텝 S4에 있어서의 선별공정). 구체적으로는, 도 1에 있어서의 선별장치(12)에 공급된 유동매체(Fa)와 코팅층은, 당해 장치 내에서 체에 의하여 선별되고, 코팅층 등의 연소부적합물은 시스템 밖으로 배출된다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 코팅층을 분리한 상기 유동매체를 회수하여 50~1000μm로 입도조정한 유동매체를 유동층으로 되돌리는 반송공정을 포함시킬 수 있다(도 5에 있어서의 스텝 S6). 또, 본 실시형태에 있어서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 회수한 유동매체를 50~1000μm로 입도조정한 후에, 당해 유동매체를 유동층으로 되돌리도록, 반송공정에 앞서 입도조정공정을 포함시킬 수 있다(도 5에 있어서의 스텝 S5).
이상 설명한 본 실시형태에 있어서의 연소방법에 의하면, 상술한 연소시스템 및 유동매체재생장치와 동일하게, 연소로(2)의 유동층(F)의 바닥부로부터 빼낸 고온의 유동매체(Fa)를 1기압하에 있어서의 비점이 -20℃ 이하인 액체매체에 접촉시켜 급속하게 냉각시킴으로써, 효율적인 유동매체와 코팅층의 분리가 실현된다. 이 때문에, 순환재인 유동매체의 품질확보, 및, 유효활용을 달성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 연소방법에 의하면, 반송공정에 의하여 코팅층과 분리한 유동매체를 회수하여 유동층으로 되돌릴 수 있기 때문에, 유동층으로부터 빼낸 만큼의 유동매체를 유동층으로 되돌려 자동적으로 보충하는 것이 가능해져, 유동매체의 보충에 관한 노력의 저감을 도모할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서의 연소방법에 의하면, 건조한 상태에서 유동매체의 입자를 취급할 수 있기 때문에, 선별공정이나 반송공정에 있어서의 유동매체의 반송이 스무스하고, 또한 유동매체의 리사이클이 용이해짐과 함께, 유동매체가 유동층식 연소로 내의 유동층으로 되돌려졌을 때의 수분반입량을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 연소방법에 의하면, 건조공정 등을 거치지 않고, 유동매체를 유동층식 연소로에 반송할 수 있기 때문에, 대량으로 유동매체(모래 등)를 사용하는 대형의 연소로에 대해서도 적합하게 대응할 수 있다.
다만, 본 발명의 유동매체재생장치, 연소시스템 및 연소방법은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 본 발명은 CFB 보일러 이외의 유동층식 연소로에 대해서도 적용 가능하다. 또, 연소로에서 사용되는 연료는, 바이오매스연료에 한정되지 않는다. 코팅층과 유동매체(Fa)의 사이에서 충분한 수축차가 발생하는 연료이면 된다. 특히 고알칼리성분을 포함하는 연료를 사용하는 경우에, 본 발명을 적합하게 적용할 수 있다.
또, 상술한 중간냉각부는, 제2 실시형태에 기재된 냉각매체유동로(23)에 한정되지 않고, 예를 들면 공랭에 의하여 유동매체(Fa)를 냉각하는 양태여도 된다. 다만, 냉각매체유동로(23)에서 회수된 열을 다른 설비에서 이용하는 구성으로 할 수도 있다. 또, 반송라인(13B)을 반드시 구비할 필요는 없다.
또한, 제1 및 제2 실시형태의 연소시스템에 있어서는, 공급관(11A)으로부터 스크루반송기(11)에 액체매체(LM)가 공급되고, 스크루반송기(11) 내에 있어서 유동매체(Fa)와 접촉하는 구성에 대하여 설명했지만 본 발명은 당해 양태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 연소시스템(30)의 유동매체재생장치(31)와 같이, 스크루반송기(32)의 하류측에 별도로 액체매체(LM)가 공급되는 냉각부(33)가 마련되어 있어도 된다. 유동매체재생장치(31)는, 스크루반송기(32)로부터 반송되어 온 유동매체(Fa)가 냉각부(33) 내에서 액체매체(LM)와 접촉하여 냉각되고, 당해 냉각으로 코팅층이 분리되도록 구성할 수 있다. 다만, 유동매체재생장치(31)에 있어서는, 스크루반송기(32)에 중간냉각부의 역할을 담당하게 할 수 있다.
2021년 3월 29일에 출원된 일본 특허출원 2021-055332호의 개시는, 그 전체가 참조에 의하여 본 명세서에 포함된다.
또, 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허출원 및 기술규격은, 개개의 문헌, 특허출원, 및 기술규격이 참조에 의하여 원용되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의하여 포함된다.
1, 21, 30…연소시스템
2…연소로(유동층식 연소로)
3, 22, 31…유동매체재생장치
11…스크루반송기(냉각부)
33…냉각부
12…선별장치(선별부)
13…반송기구(반송부)
23…냉각매체유동로(중간냉각부)
F…유동층
2…연소로(유동층식 연소로)
3, 22, 31…유동매체재생장치
11…스크루반송기(냉각부)
33…냉각부
12…선별장치(선별부)
13…반송기구(반송부)
23…냉각매체유동로(중간냉각부)
F…유동층
Claims (13)
- 적어도, 유동층식 연소로의 유동층으로부터 회수한 유동매체가 공급되고, 상기 유동매체를 1기압하에 있어서의 비점이 -20℃ 이하인 액체매체에 접촉시켜 냉각하며, 상기 유동매체로부터 코팅층을 분리하는 냉각부를 구비한 유동층의 유동매체재생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 액체매체가, 액체공기, 액체질소 및 액체산소 중 적어도 어느 하나인, 유동층의 유동매체재생장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉각부로부터 배출된 상기 유동매체와 상기 코팅층을 선별하는 선별수단을 구비한, 유동층의 유동매체재생장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동층식 연소로의 상기 유동층으로부터 회수한 유동매체의 온도가 상기 코팅층의 융점 이하인, 유동층의 유동매체재생장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 유동매체를 냉각하는 중간냉각부를 더 구비하고, 상기 중간냉각부에 의하여 냉각된 상기 유동매체를 상기 액체매체에에 접촉시키는, 유동층의 유동매체재생장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅층을 분리한 상기 유동매체를 회수하고, 50~1000μm로 입도조정한 상기 유동매체를 상기 유동층으로 되돌리는 반송부를 더 구비한, 유동층의 유동매체재생장치. - 유동층식 연소로와, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 유동층의 유동매체재생장치를 구비한 연소시스템.
- 알칼리성분함유연료를 이용한 유동층식 연소로의 연소방법으로서,
상기 유동층식 연소로의 유동층으로부터 유동매체를 회수하고, 상기 유동층으로부터 회수한 상기 유동매체를 1기압하에 있어서의 비점이 -20℃ 이하인 액체매체에 접촉시켜 냉각하며, 상기 유동매체로부터 코팅층을 분리하는, 유동층식 연소로의 연소방법. - 제8항에 있어서,
상기 액체매체가, 액체공기 및 액체질소 중 적어도 어느 하나인 유동층식 연소로의 연소방법. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 유동매체와 상기 코팅층을 선별하는, 유동층식 연소로의 연소방법. - 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동층식 연소로의 유동층으로부터 회수한 유동매체의 온도가 상기 코팅층의 융점 이하인, 유동층식 연소로의 연소방법. - 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동매체를, 중간냉각부에 의하여 냉각한 후에 상기 액체매체에 접촉시키는, 유동층식 연소로의 연소방법. - 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅층을 분리한 상기 유동매체를 회수하고, 50~1000μm로 입도조정한 유동매체를 상기 유동층으로 되돌리는, 유동층식 연소로의 연소방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2021-055332 | 2021-03-29 | ||
| JP2021055332 | 2021-03-29 | ||
| PCT/JP2022/014942 WO2022210519A1 (ja) | 2021-03-29 | 2022-03-28 | 流動媒体再生装置、燃焼システム及び流動層式燃焼炉の燃焼方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230164666A true KR20230164666A (ko) | 2023-12-04 |
Family
ID=83456335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237031549A KR20230164666A (ko) | 2021-03-29 | 2022-03-28 | 유동매체재생장치, 연소시스템 및 유동층식 연소로의 연소방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPWO2022210519A1 (ko) |
| KR (1) | KR20230164666A (ko) |
| TW (1) | TWI826981B (ko) |
| WO (1) | WO2022210519A1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005226930A (ja) | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | バイオマス燃料焚き流動層燃焼方法及びその装置 |
| JP2011106701A (ja) | 2009-11-13 | 2011-06-02 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 流動層の流動媒体再生装置及びその方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS513492B2 (ko) * | 1972-10-30 | 1976-02-03 | ||
| JPS5289459U (ko) * | 1975-12-27 | 1977-07-04 | ||
| DE3347039A1 (de) * | 1983-12-24 | 1985-07-11 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe | Verfahren zum abloesen bzw. entfernen von auf oberflaechen aufgebrachten schutzbeschichtungen oder belaegen |
| JP2019190687A (ja) * | 2018-04-20 | 2019-10-31 | Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 | バイオマスの燃焼方法および燃焼装置 |
-
2022
- 2022-03-28 WO PCT/JP2022/014942 patent/WO2022210519A1/ja active Application Filing
- 2022-03-28 JP JP2023511248A patent/JPWO2022210519A1/ja active Pending
- 2022-03-28 KR KR1020237031549A patent/KR20230164666A/ko unknown
- 2022-03-28 TW TW111111646A patent/TWI826981B/zh active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005226930A (ja) | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | バイオマス燃料焚き流動層燃焼方法及びその装置 |
| JP2011106701A (ja) | 2009-11-13 | 2011-06-02 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 流動層の流動媒体再生装置及びその方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2022210519A1 (ko) | 2022-10-06 |
| TW202244431A (zh) | 2022-11-16 |
| WO2022210519A1 (ja) | 2022-10-06 |
| TWI826981B (zh) | 2023-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9494315B2 (en) | Chemical-looping combustion method with ashes and fines removal at the oxidation zone outlet and plant using same | |
| US9714764B2 (en) | Chemical-looping combustion method with dilute phase removal of ashes and fines in the oxidationzone and plant using same | |
| US5320051A (en) | Flyash injection system and method | |
| EP1807657B1 (en) | Cyclone bypass for a circulating fluidized bed reactor | |
| US5282430A (en) | Flyash injection system and method | |
| JP2014526672A (ja) | 還元領域におけるアッシュと粒子の除去を含むケミカルループ燃焼方法とそれを使用するプラント | |
| KR20150052155A (ko) | 다단 순환식 유동층 합성 가스 냉각 | |
| US20120118151A1 (en) | Method and system for separating mercury from waste gases of a cement production process | |
| EP3719398A1 (en) | Moving granular bed dust filtration device with automatic particle size stratification and stratified filter material replacement | |
| JPH07136494A (ja) | 反応器内の高温ガスを冷却する方法および装置 | |
| CA2718075C (en) | Process for using a facility for combusting carbonaceous materials and relating facility | |
| KR20230164666A (ko) | 유동매체재생장치, 연소시스템 및 유동층식 연소로의 연소방법 | |
| JP2013108700A (ja) | 流動層乾燥装置 | |
| CA1096708A (en) | Char separator | |
| JP5372713B2 (ja) | 流動層の流動媒体再生装置及びその方法 | |
| US5568834A (en) | High temperature heat exchanger | |
| JPS6018000B2 (ja) | 伝熱面を汚染する物質類を含有するガスからの熱回収法 | |
| JP4321823B2 (ja) | 流動床ガス化炉の流動媒体分離装置、及び該装置を備えた流動媒体循環機構 | |
| JP5529678B2 (ja) | チャー回収装置 | |
| KR20100133438A (ko) | 액체 선철 또는 액체 철 전구체 제품을 생산하기 위한 방법 및 장치 | |
| FR2867092A1 (fr) | Procede de decarbonatation de fumees avec des particules refroidies | |
| JP4861872B2 (ja) | 流動層型ボイラ | |
| JPH08290056A (ja) | 熱ボイラにおける燃焼生成物の処理に用いた吸収剤の再生方法及びプラント | |
| JPH0742910A (ja) | 加圧流動床ボイラの灰処理装置 | |
| JP6930567B2 (ja) | 抽気装置及び抽気方法 |