KR970001039B1 - 석탄보일러에서 배출되는 석탄회의 정제방법 및 정제장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

석탄보일러에서 배출되는 석탄회의 정제방법 및 정제장치

제1도는 본 발명의 제1실시예로서 열처리에 의해 석탄회가 정제되는 과정을 나타낸 공정 계통도이고,

제2도는 본 발명의 제2실시예로서 열처리에 의해 석탄회가 정제되는 과정을 나타낸 공정 계통도이며,

제3도는 종래의 건식분리법에 의해 석탄회가 정제되는 과정을 나타낸 공정 계통도이고,

제4도는 종래의 열처리법에 의해 석탄회가 정제되는 과정을 나타낸 공정 계통도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,34 : 유동층 연소로 2 : 착화버너

3,15 : 유동화 공기공급도관 4 : 열전대

5,22,43 : 송풍기 6 : 바닥애쉬 저장고

7,40,41,42 : 로타리 피더 8,26 : 싸이클론

9 : 플라이애쉬 공급도관 10 : 바닥애쉬공급도관

11 : 연소로 배기도관 12 : 석탄 보일러

13 : 배가스 도관 14 ; 바닥애쉬 운송도관

16 : 싸이클론 배기도관 17 : 열교환기

18,23 : 전기 집전기 19,29 : 배풍기

21 : 유량조절밸브 23 : 배가스추기도관

24 : 건식분리기 25 : 원료 저장고

27 : 미분 플라이애쉬 저장고 28 : 조분 플라이애쉬 저장고

30 : 물저장고 31 : 물펌프

32 : 슬러리펌프 35 : 세라믹챔버

36 : 판넬히터 37 : 분배상

38 : 정제 플라이애쉬 저장고 39 : 원료 플라이애쉬 저장고

본 발명은 석탄 보일러에서 배출되는 석탄회의 정제방법 및 정제장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 석탄을 연소하거나 석탄과 석유를 혼합하여 연소하는 시스템에서 배출되는 산업폐기물인 플라이애쉬(fly ash)와 바닥에 쉬(bottom ash)[이하 석탄회라 칭함] 속의 미연탄소를 제거하여 거의 순수한 (미연탄소 함유량 1% 이하) 석탄회로 정제하기 위한 방법과 이에 사용되는 정제장치에 관한 것이다.

석탄을 연소하거나 석탄과 석유를 연소시키는 보일러 시스템에서 배출되는 석탄회는 산업폐기물로써 그 양은 석탄의 종류에 따라 많은 변호가 있지만, 연속되는 석탄 무게의 약 10 내지 30%로 배출되어 이를 폐기하거나 유용하게 사용하기 위한 연구가 계속되고 있다.

특히, 시멘트 분야에서는 미연탄소 함유량이 5% 이하인 플라이 애쉬(KS L-5405)를 일반 포틀란트 시멘트와 혼합하여 고유동성과 저수화열의 특성을 갖는 플라이 애쉬 시멘트를 생산하고 있다.

석탄 보일러에서 배출되는 플라이 애쉬를 정제하는 기술로써는 건식분위기를 이용한 건식분리법, 플라이 애쉬속의 미연탄소를 열처리하여 제거하는 열처리법 그리고 정전기적인 힘을 이용한 정전기적 분리법이 있다.

이중에서 정전기적 힘을 이용한 방법의 경우, 플라이 애쉬의 대량 처리가 곤란하여 실용화되지 못하고 있고, 현재 건식분리기에 의한 건식분리법과 미연탄소를 열처리하여 제거하는 열처리법이 이용되고 있다.

첨부도면 제3도는 종래의 건식분리기를 이용한 건식분리법의 한 예이다.

즉, 보일러 시스템에서 배출된 플라이 애쉬는 전기 집진기(33)에서 집진되어 원료 저장고(25)에 우선 저장되었다가 건식분리기(24)에 공급되어 비중과 크기에 따라 분리되는데, 투입 원료의 약 60 내지 90%를 차지하는 비중이 작고 미세한 플라이 애쉬는 싸이클론(26)에서 포집되고, 미분 플라이 애쉬 저장고(27)에 저장된다. 반면에 약 10 내지 40% 정도의 비중이 큰 금속 성분이나 미연탄소가 많이 포함되어 있는 입자 크기가 큰 플라이 애쉬는 조분 플라이 애쉬 저장고(28)에서 저장되었다가 물펌프(31)에 의해 물저장고(30)로부터 압송되는 물에 의해 슬러리화되어 슬러리 펌프(32)를 통해 폐기장소로 이동되어 폐기되어진다.

여기서, 미설명부호 29는 배풍기이다.

그러나, 이러한 건식분리법은 분리기, 싸이클론, 슬러리펌프 등 많은 부대설비로 인해 처리비용이 증가하고, 공급 플라이 애쉬의 약 10 내지 40%를 차지하는 분리기(24)에서 분리된 조분의 플라이 애쉬는 슬러리로 만들어져 폐기되므로 별도의 매립지(pond)가 필요하게 된다.

첨부도면 제4도는 종래의 열처리에 의하 플라이 애쉬 정제시스템의 한예(일본특개 제89-304,094호)로써, 원료 플라이 애쉬 저장고(39)에 저장되어 있던 플라이 애쉬를 유동층 연소로(34)에 공급하여 판넬 히터(36)의 열원으로 연소로(34) 내의 분위기를 600 내지 1,000℃ 범위로 유지하여 미연 탄소를 제거하고, 열저리된 플라이 애쉬는 세라믹 챔버(35)에서 배가스와 분리되어 배가스는 원료 플라이 애쉬를 예열하는데 사용되고, 세라믹 챔버(35)에서 포집된 플라이 애쉬는 로터리 피터(41,42)의 작용에 의해 유동층 연소로(34)로 순환되거나 정제 플라이 애쉬 저장고(38)로 배출된다. 즉, 로타리 피터(41)에 의해 분배상(37)에 공급된 플라이 애쉬는 송풍기(43)에 의해 공급되어진 유동화 공기와 함께 유동층 연소로(34)로 공급되어 순환되게 된다.

여기서, 미설명 부호 40은 로타리 피터이다.

그러나, 이러한 기술에서 플라이 애쉬는 그 입자 크기가 대부분 150㎛ 이하이고, 그 비중 또한 작아 유동층 연소로(34)에서 유동층을 형성하는 것이 어렵고, 유동층 연소로(34)에서 배출된 플라이 애쉬를 세라믹 챔버(35)에서 분리한다는 것음 미세한 플라이 애쉬 성분들이 세라믹 챔버(35)의 기공을 막아 플라이 애쉬의 분리 효율이 급격히 감소하게 되어 현실적으로 이용하기가 매우 어렵다. 그리고, 세라믹 챔버(35)에서 배기되는 배가스는 원료 플라이 애쉬를 예열하고, 정제 플라이 애쉬의 건조 또는 폐열회수 보일러를 통해 열을 회수하여 이용한다고 하나 이를 위해서는 부대설비가 필요하다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 석탄 보일러에서 배출되는 석탄회를 포집한 후 유동층을 이용하여 연소시키기되, 열교환에 의해 회수된 폐열을 재사용하고, 플라이 애쉬 이외의 바닥 애쉬를 열량 공급원으로 사용하며, 석탄 보일러로부터 직접 고온의 공기를 추기하여 사용하는 등 보다 효율적이고 경제적인 방법으로 석탄회 속의 미연소를 제거하여 미연탄소의 함유량이 1% 이하로 되게 석탄회를 정제하는 방법과 이에 사용되는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 보다 안정된 조업으로 고품질의 콘크리트를 제조하는데 적합하며, 공해방지에도 유용하게 석탄회를 정제하는 방법과 이에 사용되는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 석탄보일러에서 배출되는 석탄회를 정제하는 방법을 석탄보일러에서 배가스와 함께 배출되는 플라이 애쉬를 배가스와 분리포집하는 단계와 ; 상기 단계에서 포집된 플라이애쉬를 가열수단 및 연소용 공기에 의해 유동층으로 연소시키되 상기 보일러의 하부에서 배출되는 바닥애쉬의 일부 또는 전부를 유동매체 및/또는 열원으로 사용하여 연소시켜 미연탄소를 제거하는 열처리 단계와 ; 상기 단계에서 열처리된 플라이애쉬를 상기 단계에서 분리된 배가스와 다시 혼합하여 송풍되는 연소용 공기를 예열시킨 후 정제된 플라이애쉬를 회수하는 단계와 ; 상기 단계에서 예열된 연소용 공기를 상기 열처리 단계와 상기 보일러로 각각 공급하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 정제방법에 따르면, 상기 열처리단계에서 바닥애쉬는 플라이 애쉬중의 미연탄소 함량에 따라 공급량을 조절하여서 투입시킬 수 있으며, 필요하다면, 상기 석탄 보일러에서 배출되는 고온의 공기를 직접 열처리단계에 추기하여 연소를 실시할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 석탄회의 정제장치는 석탄 보일러에서 배가스와 함께 배출되는 플라이 애쉬를 배가스와 분리포집하는 수단과; 상기 보일러의 하부에서 배출된 바닥애쉬를 저장하는 수단과 ; 상기 수단에서 포집된 플라이애쉬를 가열수단 및 연소용 공기와 함께 상기 저장수단으로부터 바닥 애쉬의 일부 또는 전부를 유동매체 및/또는 열원으로 사용하여 유동층으로 미연탄소를 제거하는 연소수단 ; 상기 수단에서 열처리된 플라이 애쉬를 상기 수단에서 분리시킨 배가스와 다시 혼합하여 송풍되는 연소용 공기를 예열시키는 수단과 ; 상기 수단을 통과한 정제된 플라이애쉬를 회수하는 수단과 ; 상기 예열수단에서 예열된 연소용 공기를 상기 연소수단과 상기 보일러로 각각 공급하는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 저장수단은 플라이 애쉬중의 미연탄소 함량에 따라 바닥애쉬의 공급량을 조절하여서 연소수단에 투입시키기 위한 조절수단을 갖고 있으며, 필요한 경우, 상기 연수수단에는 상기 석탄 보일러에서 배출되는 고온의 공기를 직접 추기하기 수단을 가질 수 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 석탄 보일러 시스템 상부에서 배가스와 함께 배출되는 플라이 애쉬를 싸이클론에서 포집하여 유동층을 이용한 연소로 내에서 일정온도(500 내지 1,000℃)를 유지하여 플라이 애쉬속의 미연탄소를 연소시키거나 석탄 보일러 시스템 하부에서 배출되는 다량의 미연탄소를 함유하는 바닥애쉬를 유동층을 이용한 연소로에 유동매체 및/또는 열원으로 공급함으로써 석탄회 중의 미연탄소를 약 1% 이하로 정제하는 방법 및 이에 사용되는 장치인 것이다.

첨부도면 제1도는 화력 발전소의 석탄 보일러 시스템에 적용된 본 발명에 따른 제1실시예를 나타낸 공정 계통이다.

화력 발전소의 석탄 보일러(12)에서 석탄의 연소에 의해 생성되는 석탄회에는 보일러 배가스 도관(13)을 통해 배가스와 함께 배출되는 플라이 애쉬(석탄회의 약 80%)와 보일러 하부에서 배출되는 바닥 애쉬(석탄회의 약 20%)가 있다.

먼저, 보일러 배가스와 함께 배출되는 플라이 애쉬 성분은 보일러 배가스 도관(13)을 통해 싸이클론(8)에 공급, 포집된 후 플라이 애쉬 공급 도관(9)을 거쳐 약 200 내지 400℃의 온도를 갖는 유동층 연소로(1)에 유입된다. 반면에 보일러(12) 하부에서 배출되는 바닥애쉬는 일부 또는 전량이 바닥애쉬 운동도관(14)을 통해 바닥애쉬 저장고(6)로 공급, 저장된다. 저장된 바닥애쉬는 플라이 애쉬중의 미연탄소 함량에 따라 로타리 피터(7)에 의해 조절되어 바닥애쉬 공급도관(10)을 통해 유동층 연소로(1)에 공급된다. 이때, 공급된 입자와 비중이 큰 바닥애쉬는 비중과 입자크기가 작아 유동층 형성이 어려운 플라이 애쉬를 유동화시키는 유동매체로 이용되고 또 유동층 연소로(1)로 필요한 열량을 공급하게 된다.

유동층 연소로(1)에 공급된 석탄회는 송풍기(22)에 의해 공급되고 열교환기(17)에서 예열되어 약 200 내지 400℃ 범위의 온도를 갖는 유동화 공기(또는 미연탄소 연소용 공기)에 의해 유동화되면서 착화버너(2)에 의해 착화온도까지 예열되게 된다. 착화버너(2)에 의해 석탄회속의 미연탄소가 착화되면 착화버너(2)를 통한 연료공급은 중단되고, 열전대(4)에 의해 감지된 온도에 따라 송풍기(5)에 의해 공급되는 바닥애쉬의 양을 조절함으로써 유동층 연소로(1)의 온도를 석탄회의 용융온도 이하인 약 500 내지 1,000℃ 정도로 유지시켜 안정하게 조업할 수 있게 한다. 유동층 연소로(1)에서 열처리된 석탄회는 연소로 배기도관(11)을 통해서 배출되어 싸이클론 배기도관(16)을 통해 오는 배가스와 혼합된 후 열교환기(17)에 유입되어 열교환된 다음에 전기 집진기(18)로 공급된다. 이때 전기 집진기(18)에서 포집된 정제된 석탄회 속의 미연탄소 함량은 1% 이하가 된다.

미설명 부호 3은 유동화 공기공급도관이고, 부호 15는 보일러 버너용 2차 공기공급도관이며, 부호 19는 배풍기이다.

첨부도면 제2도는 화력 발전소의 석탄 보일러 시스템에 설치된 본 발명에 따른 제2실시예를 나타낸 공정 계통이다.

제2실시예는 상기 제1실시예와 같이 플라이 애쉬 공급도관(9)과 바닥 애쉬 공급도관(10)에 의해 공급되어진 석탄회는 송풍기(5)에서 송풍된 연소용 공기(유동화 공기)에 의해 유동층 연소로(1)에서 유동층을 형성하게 되며, 석탄회 속에 포함되어 있는 미연탄소가 연소되게 된다.

이때, 공급되어지는 연소용 공기의 산소농도가 21%로 높아 국부적인 고온을 형성할 수 있기 때문에 추가로 보일러(12)에서 일부의 고온가스(산소농도 6% 이하)를 배가스 추기도관(23)을 통해 추기하여 유동층 연소로(1)로 공급함으로써 유동층 연소로(1)의 연소용 공기의 산소농도를 5 내지 18% 정도로 유지시켜 국부적인 고온형성을 억제하고 유동층 연소로(1)내에서 석탄회의 용융현상을 제거하여 용융물질에 의해 조압이 중단되는 것을 방지하게 된다.

이와 같은 본 발명의 특징은 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 보일러 시스템에서 배출되는 배가스의 열을 회수하여 유동화 공기를 예열하는데 이용하고, 약 200 내지 400℃의 온도를 갖는 석탄회를 직접 연소로에 공급함으로써 그 현혈과 석탄회 속에 포함되어 이씨는 미연탄소의 연소에 의한 연소열로 연소로의 운전을 위해 필요한 모든 열원을 충당함으로써 에너지를 절감할 수 있으며, 석탄회 속의 미연탄소의 함량이 적어 미연탄소에 의한 발열량이 적을 때도 유동화 공기의 온도를 조절하여 효율적으로 운전할 수 있다.

둘째, 보일러 시스템의 하부에서 배출되는 바닥 애쉬의 일부 또는 전부를 연소로에 공급하여 입자 크기와 비중이 작은 플라이 애쉬의 유동화를 위한 유동매체로 이용하고, 연소로내의 열원 공급이 부족할 때는 바닥 애쉬에 포함된 다량의 미연단소의 연소열이 열원 공급수단으로 이용될 수 있다.

세째, 석탄 보일러 시스템에서 고온의 공기를 추기하여 연소로에 공급함으로써 산소농도를 5 내지 18% 정도로 유지하여 높은 산소 농도에 의한 고온 형성으로 생기는 플라이 애쉬의 용융 현상을 제거하여 한정조업이 가능하다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 석탄회의 정제방법은 석탄 보일러에서 배출되는 고온의 석탄회를 직접 유동층 연소로에 투입하여 열처리하고, 건식 분리법과 정전기적인 분리법과는 달리 석탄회속의 미연탄소를 에너지원으로 재이용함으로써 에너지 절감 효과가 크고 운전비가 적게 소요되며, 기존의 화력 발전소 등의 석탄 보일러 시스템과 결합되어 있어 열교환기, 집진기 등 기존의 부대설비를 이용할 수 있어 설치비의 절감효과를 가져온다.

또 건식분리법을 이용할때 약 10 내지 40%의 조분 플라이 애쉬는 슬러리화하여 매립지에 매립하게 되는데, 본 발명을 이용할 경우 폐기되는 석탄회가 없어 이러한 매립지가 필요하지 않으며, 플라이 애쉬를 슬러리화하여 운송할때 소요되는 비용을 절감할 수 있게 된다.

또, 플라이 애쉬 시멘트를 이용하여 콘크리트를 제조할때, 애쉬 중위미연탄탄소가 콘크리트 혼화제(감수제, 유동화제, 공기연행제 등)를 흡착(혼화제 성능 저하)하여 콘크리트 유동 특성을 저하시키지만, 본 발명에 의해 처리된 거의 순수한 플라이 애쉬를 시멘트 혼화제로 사용하는 경우 이와 같은 현상을 방지하여 콘크리트 혼화제의 절감은 물론 고품질의 콘크리트를 제조할 수 있으며, 다른 용도로도 이용될 수 있다.

Claims (6)

1. 석탄 보일러에서 배가스와 함께 배출되는 플라이 애쉬를 가열수단 및 연소용 공기에 의해 유동층으로 연소시켜 그 속에 함유되어 있는 미연탄소를 제거하는 석탄회의 정제 방법에 있어서, 상기 플라이 애쉬를 배가스와 분리 포집하는 단계와 ; 상기 단계에서 포집된 플라이 애쉬를 가열수단 및 연소용 공기에 의해 유동층으로 연소시키되 상기 보일러의 하부에서 배출되는 바닥애쉬의 일부 또는 전부를 유동매체 및/또는 열원으로 사용하여 연소시켜 미연탄소를 제거하는 열처리 단계와 ; 상기 단계에서 열처리된 플라이 애쉬를 상기 단계에서 분리된 배가스와 다시 혼합하여 송풍되는 연소용 공기를 예열시킨 후 정제된 플라이 애쉬를 회수하는 단계와 ; 상기 단계에서 예열된 연소용 공기를 상기 열처리 단계와 상기 보일러로 각각 공급하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 석탄 보일러에서 배출되는 석탄회를 정제하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 열처리 단계에서 바닥애쉬는 플라이 애쉬 중의 미연탄소 함량에 따라 공급량을 조절하여서 투입시키는 것을 특징으로 하는 석탄 보일러에서 배출되는 석탄회를 정제하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 열처리 단계는 추가로 상기 석탄 보일러에서 배출되는 고온의 공기를 직접 추가하여 실시하는 것을 특징으로 하는 석탄보일러에서 배출되는 석탄회를 정제하는 방법.
4. 석탄 보일러에서 배가스와 함께 배출되는 플라이 애쉬를 가열수단 및 연소용 공기에 의해 유동층으로 연소시켜 그 속에 함유되어 있는 미연 탄소를 제거하는 석탄회의 정제장치에 있어서, 상기 보일러에서 배출된 상기 플라이 애쉬를 배가스와 분리 포집하는 수단과 ; 상기 보일러의 하부에서 배출된 바닥애쉬를 저장하는 수단과 ; 상기 수단에서 포집된 플라이 애쉬를 가열 수단및 연소용 공기와 함께 상기 저장수단으로부터 바닥애쉬의 일부 또는 전부를 유동매체 및/또는 열원으로 사용하여 유동층으로 미연탄소를 제거하는 연소수단과 ; 상기 수단에서 열처리된 플라이 애쉬를 상기 수단에서 분리시킨 배가스와 다시 혼합하여 송풍되는 연소용 공기를 예열시키는 수단과 ; 상기 수단을 통과한 정제된 플라이 애쉬를 회수하는 수단과 ; 상기 예열 수단에서 예열된 연소용 공기를 상기 연소 수단과 상기 보일러로 각각 공급하는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 석탄 보일러에서 배출되는 석탄회를 정제하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 저장 수단은 플라이 애쉬 중의 미연탄소 함량에 따라 바닥애쉬의 공급량을 조절하여서 연소수단에 투입시키기 위한 조절수단을 갖는 것을 특징으로 하는 석탄보일러에서 배출되는 석탄회를 정제하는 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 연소 수단에는 추가로 상기 석탄 보일러에서 배출되는 고온의 공기를 직접 추가하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 석탄 보일러에서 배출되는 석탄회를 정제하는 장치.