서천화력발전소 매립 석탄재에서 분리한 미연탄소의 재활용 방안

이수정,조세호,이영석,안응모,조성백,Lee, Sujeong,Cho, Seho,Lee, Young-Seak,An, Eung-Mo,Cho, Sung-Baek 한국자원리싸이클링학회 2014 資源 리싸이클링 Vol.23 No.1

폐자원으로 분류되는 석탄재의 미연탄소를 경제적으로 재활용하기 위한 방안을 모색하기 위하여, 서천화력발전소 매립 석탄재로부터 미연탄소를 분리한 후 활성탄소 제조가능성을 평가하였다. 정선부선을 4단계 실시하여 얻어진 미연탄소 정광의 고정탄소 품위는 87%로 얻어졌다. 미연탄소 정광에 포함된 결정질 불순물로는 주로 석영과 뮬라이트가 존재하였다. 화학적 활성화 전 미연탄소의 비표면적은 $10m^2/g$로 매우 낮았으며, 이는 국내 무연탄의 높은 탄화도와 관련되는 것으로 추측되었다. 또한 미연탄소는 대체로 다공성이며 결정학적으로는 터보스트래틱 구조를 갖고 있었다. 미연탄소 1 g과 KOH 6 g 을 혼합하여 활성화시킨 경우 얻어진 비표면적값이 $670m^2/g$로 가장 높았으며 미세공이 발달된 것을 확인하였다. KOH 용액을 사용한 경우 질소흡착량이 분말상 활성화 시료보다 낮게 나타난 것은 탄소입자의 젖음성 및 함침성이 낮은 때문으로 추측되었다. 본 실험에서 제조한 활성탄소는 미세공 분포가 높은 기능성 활성탄소의 세공특성을 보이며, 범용의 활성탄소에 준하는 비표면적값을 나타내 기존의 석탄계 활성탄소보다 우수하며 회분 함량도 적정 수준이었다. 따라서 공정의 경제성과 미연탄소 자체의 특성을 고려하여, 정수용 활성탄소 대체재나 혹은 카본블랙 대체용으로 재활용하는 것이 가능할 것으로 판단된다. Feasibility of utilizing unburned carbon residue in coal ash as a potential precursor for the production of activated carbon was assessed to seek for solution to recycle unburned carbon residue. The unburned carbon concentrate generated from the 4 stages of cleaner flotation has a grade of 87% carbon. The crystalline impurities in the concentrate included quartz and mullite. Unburned carbon had a low specific surface area of $10m^2/g$, which might be related to a high degree of coalification of domestic anthracite coal. Carbon particles were mostly porous and have a turbostratic structure. When 1g of carbon was activated with 6g of KOH powder, the highest specific surface area value of $670m^2/g$ was achieved. Low wettability of unburned carbon particles, which was resulted from high temperature combustion in a boiler, might cause poor pore formation when they were activated by KOH solution. The activated carbon produced in this study developed micropores, with an equivalent quality of general-purpose activated carbon made from coal. Hence, it is concluded that chemically treated unburned carbon can be used for water purification or an alternative to carbon black as it is.

向流컬럼浮選機에서 石炭灰의 크기 및 未燃炭素 含量이 分離特性에 미치는 영향

이정은,이재근 한국자원리싸이클링학회 2000 資源 리싸이클링 Vol.9 No.6

석탄회는 기포에 잘 부착되는 미연탄소 성분의 입자와 기포에 부착되지 않는 산화광물 성분의 입자로 구성되어 있으므로, 석탄회입자를 수중에 부유시킨 상태에서 기포를 발생시키면 미연탄소와 산화광물질 입자를 각각 분리할 수 있다. 분리된 이들 두 종류의 입자들은 건축용 재료, 화장품, 섬유 및 반도체의 충진제(Filler), 흡착제, 야금용 탄소 등과 같이 고부가가치 원료로 활용이 가능하다. 본 연구는 부유선별법에 의해 구성된 향류컬럼부유분리장치를 이용하여 혼합입자인 석탄회 입자를 효율적으로 분리하고자 하는 것인데, 분리특성은 기포와 혼합입자의 특성에 따라 결정된다. 기포의 특성에 대한 연구는 장치의 설계와 밀접한 관련이 있기 때문에 선행연구에서 충분히 이루어졌으나 혼합입자의 특성에 따른 분리효율 평가에 관한 연구는 수행되지 않고 있다. 혼합입자인 석탄회가 분리에 미치는 특성을 파악하기 위해 석탄회 입자의 질량중앙직경이 23, 95, 190$mu extrm{m}$일 때, 미연탄소의 함량이 7, 11, 20%일 때에 각각의 분리효율을 분석하였다. 그 결과 공급되는 석탄회 입자의 크기가 작을수록,미연탄소 함량이 작을수록 분리효율이 증가하였다. 즉 포수제 투입량이 8$\ell$/ton-fa로 같은 조건에서 미연탄소 함량이 7%와 20%인 경우 분리효율은 각각 86%와 74%로 분석되었으며 질량중앙직경이 23$mu extrm{m}$와 190$\mu\textrm{m}$ 일 때 분리효율은 각각 74%와 39%로 분석되었다. 결국 석탄회에서 소수성인 미연탄소의 함유량이 증가할수록 분리효율은 감소하는 반면 입자의 크기가 작을수록 기포와의 부착성능이 향상되어 분리효율은 향상되는 것으로 분석되었다.ta$/$\beta$/$\gamma$/$\alpha$/$\alpha$/$\beta$]r 배향각을 갖는 적층판을, 일반기술자들이 이해하기 쉬운 본 논문의 방법으로 해석하는 방법을 제시하고 기술자들의 참고자료로 사용될 수 있는 여러 가지 경우에 대한 고유진동수의 계산결과가 제공되고 있다. 고유진동수의 계산결과가 제공되고 있다. 사료된다.거나 둔화되는 것으로 분석된다.으로 분석된다..리학적 부하량이 2 $m^3$/$m^2$/min 일때, 2 kg 02 kg $O_2$/kW-hr의 가장 높은 표준에어레이션효율을 나타내었다. 위의 두 실험 결과에 따라 packed column 에어레이터에서 발포스티로폼 입자를 산소전달 매질로 이용하여 산소 전달률을 증가시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.i, Cu, Y, Nb, La, Nd, Pb, Th in excess of 10 ppm. Relatively high amount of most trace elements were detected in the Hwangto. The major and minor chemical compositions of the Hwangto were different depending on the types of host rocks. However, their difference was in the similar range compared with the compositions of host rocks. electron acceptor triggers sensory transduction processes in B. japonicum.t Fly ash was composed of the unburned carbon and mineral particles. The former was able to attach on the bubbles, while the latter was not. Therefore, it was possible to separate the unburned carbon and the mineral from fly ash using the froth flotation process. This study was carried out to evaluate the separation efficiency as a function of the ny ash particle properties in the column flotation. Separation efficiency was analyzed for various size fraction of -38 fm,38~125 fm and 1125 W, and for various fly ash samples containing 7, 11, and 20 wt% unburned carbon. For the size fractions of -38 fm containing 7 wt% unburned carbon, separation efficiency was 86ft, whereas separation efficiency was found to be 74% for the size fraction of +125$\mu\textrm{m}$ containing 20 wt% unburned carbon. The results indicated that separation efficiency increased with the decrease in the particle size and the unburned carbon content of the fly ash.

부유선별을 이용한 석탄 화력 발전소 Bottom Ash의 미연탄소 회수연구

남정흠,김민식,김소연,황민수,김홍기,강헌찬 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

석탄 화력발전은 국내의 전력생산의 40% 이상을 차지하고 있으며, 산업의 발전 등으로 전력의 수요가 늘어남에 따라 전력생산 및 발전설비가 증가추세에 있다. 이에 따라 국내의 석탄 화력 발전소에서 발생하는 석탄회의 양은 연간 900만톤 이상 발생되고 있으며, 향후 추가적인 화력발전소의 건설을 고려할 때 석탄회의 양은 더욱 증가 할 것으로 예상된다. 석탄의 연소과정에서 발생하는 석탄회 중 보일러 상부에 발생하는 Fly Ash의 경우 콘크리트 혼화재 등으로 대부분 재활용 되고 있으나, 보일러 하부에서 발생되는 Bottom Ash는 Fly Ash에 비해 재활용률이 낮고, 대부분 매립·폐기처리 되고 있어 주변 토양 오염 및 매립지 확보 등의 문제를 유발하고 있어 대책 마련이 시급한 실정이다. 한편 Bottom Ash내에는 석탄의 연소 과정에서 타지 않고 남아 있는 미연탄소가 존재함에 따라 건축재료로써 재활용 시 강도 저하의 문제 등을 유발할 수 있어 미연탄소 제거 공정이 필수적이다. 또한 Bottom Ash내에 미연탄소만을 농축시켜 분리 선별 할 경우 자원연료로써 활용할 수 있을 것이라 판단된다. 따라서 본 연구자들은 Bottom Ash내에 존재하는 미연탄소를 부유선별을 통하여 회수함으로써 자원 연료로써 재활용 하고자 한다. 본 연구에 사용 된 시료는 경상남도 하동군 금성면에 위치한 하동 화력발전소 매립지에서 채취 하였으며, Bottom Ash의 성분조성을 알아보기 위해 XRF분석을 실시한 결과, Si-, Fe-, Al-계 화합물이 대부분을 차지하고 있었다. 미연탄소 함량 분석 결과 원광 내에 10%이상의 미연탄소가 존재하고 있었으며, 부유선별에 사용된 시료는 체가름 하여 50mesh의 이하의 시료 대상으로 Denver Sub-A부선기를 이용하여 부유선별을 실시하였고, pH, 포수제 첨가량, 기포제 첨가량, rpm변화에 따른 미연탄소 회수 경향을 알아보았다.

연탄재 부유선별에서 고정탄소의 산화가 유상포수제 첨가량에 미치는 영향

유승우,정문영,박홍규 한국자원공학회 2009 한국자원공학회지 Vol.46 No.5

연탄재의 순환자원화를 위하여 미연탄소와 광물질의 선별이 필요하다. 일반적으로 석탄은 천연적인 소수성 물질로 자연부유도가 높다. 그러나 심하게 산화를 받은 경우에는 그의 소수성이 약화된다. 따라서 연탄재에 존재하는 미연탄소는 연소과정에서 심하게 산화를 받았기 때문에 부유선별 시 어려움이 예상된다. 이에 고정탄소의 산화가 유상포수제 첨가량에 미치는 영향을 파악하고자 연탄의 출발물질인 무연탄과 연탄재를 비교하여 부선실험을 실시하였다. 무연탄 부선에서는 유상포수제의 첨가 없이도 고정탄소 기준으로 실수율이 약 70%이었다. 그리고 유상포수제의 첨가량이 증가할수록 실수율도 증가하여 500 g/ton 일 때, 실수율이 90%이였다. 한편 연탄재 부선에서는 유상포수제의 첨가 없이는 전혀 부유되지 않았으며 유상포수제의 농도가 증가할수록 미연탄소의 실수율은 증가하여 유상포수제의 농도가 1,500 g/ton일 때, 실수율은 80%이였다. 그러므로 연탄재 부선에서 산화된 미연탄소분의 실수율을 얻기 위해서는 무연탄 부선에 필요한 유상포수제의 첨가량 보다 3배 이상이 필요함을 확인하였다. Separation of unburned carbon is needed from coal briquette ash (CBA) in order for recycling. In general, natural flotability of coal is high because of its pristine hydrophobic surface. However, hydrophobicity of the coal decreased when it was heavily oxidized. Since unburned carbon in the CBA was heavily oxidized during combustion process, its flotation was expected to be difficult. Flotation for anthracite (raw material of coal briquette) and the CBA was carried out to find out the effect of oxidation of fixed carbon on the dosage of oily collector. In case of the anthracite flotation. its recovery was about 70 wt% without an oily collector. Also, the increase of oily collector increased its recovery up to 90 wt% with 500 g/ton of collector consumption. On flotation of the CBA float product was not obtained without an oily collector. As the dosage of oily collector increased its recovery to 80 wt% with 1,500 g/ton of collector consumption. Therefore, it was confirmed that the flotation of the CBA required three times more oily collector than that of the anthracite in order to obtain the similar flotation result from the CBA and the anthracite.

電氣빠이클론을 이용한 石炭灰 중 미연탄소 저감기술 開發

조희찬,김정윤 한국자원리싸이클링학회 2001 資源 리싸이클링 Vol.10 No.3

발전소에서 발생되는 석탄회의 재활용을 위해 석탄회 내의 미연탄소를 제거하기 위한 장치를 개발하여 실험을 수행하였다. 석탄회 중 조림 석탄회가 미연탄소 함량이 높으며 또한 마찰에 의해 정전기적으로 석탄회 내의 미연탄소분은 (+)극성을, 순수 회분은 (-)극성을 띠게 된다는 사실에 근거하여 입도 분급 및 정전기적 분리가 동시에 일어날 수 있는 싸이클론 정전분리장치를 설계하였다. 그리고 분급입도를 조절하기 위하여 싸이클론 내에 vane을 설치하였으며 전극의 형태에 따른 영향을 알아보기 위해 막대형 전극과 Ul(쳔 전극을 설계하여 실험을 수행하였다. 그 결과 막대전극의 경우 미립분의 회수율이 5-10%증가하였으며 grid전극의 경우 약 15%까지 증가하였다. 그러나 미연탄소 함량은 조립분의 경우 전극 설치 전보다 크게 증가하였으나 미립분의 경우 그다지 변하지 않았다. 따라서 본 시료의 경우 전기장을 형성시킴으로써 같은 미연탄소 함유량을 갖는 정제석탄회의 회수율은 크게 증대시킬 수 있음을 확인하였다. For the recycle of coal fly ash generated from power stations, we developed an electrocyclone system which can separate unburned carbon form coal fly ash, based on the fact that coarse fly ash particles contain higher amount of unburned carbon and unburned carbon particles are charged positively, and pure ash particles are charged negatively on contacting each other. Additionally, guide vanes were installed in the cyclone to control the cut size. Two types of electrode, stick and grid type, were designed to investigate the effect of electrode type. Results show that by introducing an electric field inside the cyclone, the yield increases by 5 to 15e1o. But the content of unburned carbon in the clean ash does not change significantly.

화력발전소 바닥재의 중금속 및 미연탄소 분포 특성 연구

남정흠,김민식,강헌찬 한국자원공학회 2014 한국자원공학회지 Vol.51 No.6

화력발전소 바닥재로부터 중금속 및 미연탄소를 제거하여 활용 가능성을 평가하는 목적으로 H 화력발전소 바닥재의 중금속 및 미연탄소 분포 특성 연구 실시하였다. 중금속 함량을 분석한 결과, Cr이 5.26 mg/kg으로 1지역 우려기준을 초과하고 있었다. 자력분리에 따른 바닥재 시료 특성을 알아본 결과, 철분은 주로 적철석과자철석의 형태로 존재하고 있었다. 비중에 따라 바닥재내에 미연탄소를 분석한 결과, 비중 2.1 이상에서는 미연탄소가 나타나지 않았으며, 비중이 낮아질수록 미연탄소 함량이 많아지는 것을 알 수 있었다. 바닥재내에 중금속형태를 알아보기 위해 중액선별을 실시한 결과, 침강물에서 티탄철석, 적철석, 자철석, 황화니켈, 황철석 등이존재하는 것을 확인하였고, SEM/EDS결과, Cr이 황철석에 고용되어 있는 것을 알 수 있었다. The distribution and characteristics of heavy metals and unburned carbon in bottom ash from the coal-fired power plant have been investigated. The purpose of this study is to evaluate the recycling application of bottom ash after removal of heavy metals and unburned carbon. When the bottom ash was analyzed by the Standard Method of the Soil Environment Conservation, the concentration of Cr was 5.26 mg/kg, exceeding the warning standard (5 mg/kg). According to the magnetic separation, it found that iron was present in the form of magnetite or hematite. The result of unburned carbon concentration according to the specific gravity, showed that the concentration of unburned carbon increases as the specific gravity decreases. After Heavy-liquid separation was performed to identify the minerals of heavy metals, the sinks were then analyzed by the XRD method. The sinks mainly consist of ilmenite, hematite, magnetite, nickel sulfide, pyrite. From the result of SEM/EDS analysis, it found that chromium is contented in pyrite.

연탄재(煉炭滓)의 미연탄소(未燃炭素) 함량(含量)에 따른 소성(燒成) 에코벽돌 특성(特性)

박홍규,유승우,정문영,Park, Hong-Kyu,Yoo, Seung-Woo,Jung, Moon-Young 한국자원리싸이클링학회 2010 資源 리싸이클링 Vol.19 No.3

최근 고유가 시대로 접어들면서 연탄의 사용량이 급격하게 증가하고 있어 이때 발생되는 연탄재의 친환경적인 순화자원화 기술개발이 필요하게 되었다. 연탄재에는 가연성분인 미연탄소와 고온열적특성이 우수한 뮬라이트 성분이 다량 함유되어 있어 소성 에코벽돌의 원료로 적합하다고 판단된다. 이 연구의 목적은 연탄재에 함유되어 있는 미연탄소가 소성 에코벽돌의 특성에 어떠한 영향을 미치는 가를 파악하는데 있었다. 미연탄소 함량 10.5 wt%인 연탄재 50 wt%와 폐유리 50 wt%의 배합비율로 제조한 에코벽돌을 $950^{\circ}C$로 소성한 시험체의 압축강도는 소성 점토벽돌 국내규격(KS L 4201)의 1종 규격에 해당하였다. 특히, 미연탄소 함량이 1.0 wt%인 연탄재의 배합비율을 70 wt%까지 증가시켜 제조한 소성 에코벽돌 시험체의 압축강도는 소성 점토벽돌 1종 규격에 해당하였다. Coal briquette use has dramatically increased because of high oil prices. Hence, it is necessary to develop an environment-friendly recycling technique of the coal briquette ash. The coal briquette ash contains a large amount of an unburned carbon content and a mullite with high thermal property, so it is considered to be used as raw materials of sintered eco-brick. This study aimed to investigate on how the unburned carbon affects properties of the sintered eco-brick. The eco-brick was mixed with the ratio of 50 wt% coal briquette ash having the unburned carbon 10.5 wt% and 50 wt% cullet, then being sintered at $950^{\circ}C$, which of the compressive strength was in line with the first class of the sintered clay brick standard(KS L 4201). In particular, the compressive strength of the sintered eco-brick was equal to the first class of the KS L 4201 despite the increase of mixing ratio for coal briquette ash with 1.0 wt% unburned carbon to 70 wt%.

125MWe 대향류식 우드펠릿 보일러의 미연탄소 저감을 위한 CFD 해석 연구

이지석(Jiseok Lee),유승한(Seunghan Yu),류창국(Changkook Ryu) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계

이 연구는 무연탄에서 우드펠릿 전용 보일러로 개조된 125MW 규모 대향류 보일러에서의 운전 개선을 위해 수행한 연구이다. 우드펠릿은 목분을 압축 성형한 연료로서, 미분을 통해 연소 시 분쇄성이 낮아 큰 입경의 입자들이 높은 미연탄소 함량을 가지고 바닥재로 배출되어 보일러 효율을 감소시키는 등의 운전상의 문제를 유발한다. 따라서 이를 개선하기 위해 CFD를 이용하여 연료입경별 거동과 연소공기 배분 등에 따른 미연탄소 발생 및 NOx, 보일러 효율 영향을 상세 분석하였다. 대상보일러는 downshot 방식의 형태를 유지하며 대향류 방식으로 개조되었기 때문에 버너영역의 폭이 넓어 유속저하로 바닥재 배출이 증가하는 경향을 보인다. 특히 1 mm 이상의 입자에서 높은 미연탄소 함량을 가지고 바닥재로 배출되는 비율이 크게 늘어나는 것으로 나타났다. 따라서, 1 mm 이하로 미분도 개선 시 NOx 영향 없이 연소 효율 향상이 가능하였으나, 이는 미분기 교체가 필요하여 현실적으로 쉽지 않은 방안이다. 그 대안으로서 연소공기 배분을 다양하게 변경하는 방식을 분석한 결과, 하단 버너로의 공기 공급을 증가시키는 경우 소폭의 개선이 가능함을 확인하였다. 보다 근본적인 개선방안은 추가적인 보일러 개조를 통해 underfire air를 설치하고 overfire air의 포트 위치를 수정하는 것이다. 이 경우 air staging을 확실하게 적용할 수 있어 미연탄소 배출과 NOx 배출을 획기적으로 저감하는 것이 가능한 것으로 나타나 적용방안의 검토가 필요하다.

아크방전을 이용한 표면개질 플라이애시의 특성에 관한 실험적 연구

김선아,박선규 한국건설순환자원학회 2018 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.6 No.4

플라이애시는 콘크리트의 혼화재로서 사용되는 재료로, 이를 콘크리트 제조에 사용할 경우 시멘트 사용량 감소 및 내화학성증가와 같은 성능 향상을 기대할 수 있다. 하지만 플라이애시는 미연탄소 함유량 및 표면에 존재하는 유리질의 박막과 같은문제점이 지적되고 있다. 다량의 미연탄소를 함유하는 플라이애시를 사용하여 콘크리트를 제조할 경우, AE제의 흡착 현상에의해 슬럼프가 저하되는 문제점이 동반된다. 또한, 입자 표면에 존재하는 유리질 박막은 플라이애시로부터 반응성 물질이용출되는 것을 방해하여 화학 반응이 일어나지 못하게 만드는 역할을 한다. 지금까지 이러한 플라이애시의 문제점을 해결하기위하여 플라즈마를 이용한 표면개질 방안이 연구되었으나, 플라즈마는 O2가 활성기체로서 사용될 경우 O3를 발생시키는문제점을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 아크방전을 이용해 플라이애시의 표면을 개질하는 방안에 관한 연구를 진행하였으며, 그에 따른 플라이애시의 물리·화학적 특성 변화를 확인하였다. 실험 결과, 아크방전을 이용해 플라이애시의 표면을개질할 경우 미연탄소가 제거되며 유리질 박막이 파괴되는 것을 확인하였다.

석탄회 미연탄소함량 동시측정을 위한 석탄회 정전용량 분석

이재근(Jae-Keun Lee),김장우(Jang-Woo Kim),구재현(Jae-Hyun Ku) 대한기계학회 2001 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2001 No.9

Recent studies have been directed toward obtaining a better monitoring method measuring unburned carbon content in fly ash produced in a coal-fired power plant. Real time monitoring is very important to control the combustion of the boiler in the coal-fired power plant and the purification system for fly ash recycling. In this paper, the carbon-in-ash system for simultaneously monitoring the unburned carbon in fly ash is designed and evaluated using the domestic fly ash produced in the coal-fired power plant. The carbon-in-ash system consists of a LCR meter, an electrode cell, a moisture generator, a moisture controller, and cyclones. The capacitance increases linearly with increasing fly ash carbon contents. The empirical equation for predicting the content of unburned carbon in fly ash can be derived with the experimental error of ±0.5% in the range of carbon content 0-20%. This capacitance method for simultaneously monitoring the carbon in ash might be expected to provide accurate and reliable information of fly ash carbon content. The carbon-in-ash system for applying to the coal-fired power plant provides the optimal conditions of the combustion process.