KR101855853B1 - Spontaneous coal ignition prevention system of coal yard using flue gas - Google Patents
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Abstract
이미 석탄화력발전소의 자연발화 문제는 현재 저급탄 사용량 증가에 따라 비례하여 빈발하고 있는 실정이다. 석탄이 자연 발화할 경우 석탄 자체의 손실뿐 아니라, 자연발화과정에서 발생하는 유해한 가스로 인한 작업장 및 주변 지역의 환경오염 문제와, 석탄 이송 및 미분 과정에서의 화재 및 폭발 등의 문제가 발생할 수 있어서, 이에 대한 대책 마련이 시급한 상황이다.
본 발명은 순산소 발전소 배가스를 이용한 저탄장 자연발화 방지 시스템에 대한 것으로서, 본 발명에서는 특히 순산소 발전소에서 배출되는 산소함량이 거의 없는 이산화탄소가 주성분인 배가스를 회수하여 수분을 제거하고 압축 저장한 후, 석탄화력 저탄장 하부에 분사관을 설치하여 자연발화가 발생하는 것으로 파악 및 예상되는 저탄장 특정지점 하부에 배가스를 분사함으로써, 자연발화의 주요 원인인 석탄과 산소와의 접촉을 최대한 차단시켜 자연발화 발생을 방지할 수 있다.The problem of the spontaneous ignition of the coal-fired power plant has already been increasing in proportion to the increase in the use of low carbon. When coal is spontaneously ignited, it may cause not only the loss of coal itself but also environmental pollution problem in the workplace and surrounding area due to harmful gas generated in spontaneous ignition process, fire and explosion in coal transfer and differential process It is in urgent need to prepare countermeasures.
The present invention relates to a low-intrinsic spontaneous ignition prevention system using a pure-oxygen power plant flue gas. In the present invention, in particular, flue gas, which is a main component of carbon dioxide, It is possible to detect spontaneous ignition by installing a spray pipe at the bottom of the coal fired power plant. By injecting the flue gas to a specific low point where it is predicted that spontaneous ignition occurs, contact of coal and oxygen, which are the main cause of spontaneous ignition, .
Description
본 발명은 저탄장 자연발화 방지시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배가스의 대부분이 이산화탄소로 구성되어 있는 순산소 석탄 화력발전소의 저탄장에서 발생하는 자연발화를 차단 및 예방하기 위해, 배가스의 수분을 제거하고 정제된 배가스를 저장하였다가 저탄장 석탄 더미 하부에 공급하여 자연발화를 차단 및 방지하는 자연발화 방지장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a low-intrinsic spontaneous ignition prevention system, and more particularly, to a system and method for preventing and reducing spontaneous ignition occurring in a low-carbon-polluting pure oxygen coal-fired power plant in which most of the exhaust gas is composed of carbon dioxide, The present invention relates to a device and a method for preventing spontaneous ignition in which purified exhaust gas is stored and supplied to a lower portion of a pile of low-carbon coal to prevent or prevent spontaneous ignition.
자연발화(Spontaneous Ignition)는 외부에 아무런 착화원이 없는 상태에서 물질이 상온의 공기에서 자연히 발열하고, 그 열이 장시간 축적되어 마침내 발화점에 도달되면서 연소를 일으키는 현상이다. 단 외부에서 가열을 행한 경우에도 발화점에 도달하는 과정이 주로 반응열의 축적에 의하는 경우에는 자연발화에 포함시키는 것이 보통이다. 인화점과의 차이점은 착화원과의 직접적인 접촉이 있을 경우 인화점으로 간주한다. 이와 같은 정의에서 자연발화가 일어나기 위해서는 다음과 같은 과정을 거처야 한다.Spontaneous ignition is a phenomenon in which a substance naturally heats in air at room temperature in the absence of any ignition source outside, accumulates the heat for a long time, and eventually reaches the ignition point, causing combustion. However, even if the heating is performed from the outside, the process of reaching the ignition point is usually included in the spontaneous ignition when the accumulation of the reaction heat is mainly performed. The difference from the flash point is considered to be the flash point if there is direct contact with the ignition source. In this definition, spontaneous utterance must take the following steps.
① 물질의 화학반응에 의해 열이 발생한다.① Heat is generated by the chemical reaction of the substance.
② 발생한 열이 물질의 내부에 축적된다.② Heat generated is accumulated inside the material.
③ 열의 축적에 의해 물질의 온도가 발화온도를 상회한다.③ The temperature of the material exceeds the firing temperature due to accumulation of heat.
①과 ③의 조건은 물질 고유의 성질과 그것의 양에도 관계가 되는 조건이라고 할 수 있으나, 여기에서 주목되는 것은 ②의 조건이다. 반응열의 축적은 물질 고유의 성질보다도 물질이 놓여있는 환경조건에 지배 받는 경우가 많다. 즉, 방열되기 쉬운 상태에 있으면 열의 발생량이 많아도 열이 축적되기 어렵고, 반면에 방열되기 어려운 상태에 있으면 발열량이 적어도 열이 충분히 축적될 수 있기 때문이다. 따라서 자연발화의 특징은 열의 축적 과정에 있으며, 자연발화 현상은 환경조건과 깊은 관계를 가지는 현상이라고 할 수 있다.The conditions of ① and ③ can be regarded as conditions which are related to the inherent properties of the material and its quantity, but what is noteworthy here is the condition of ②. The accumulation of heat of reaction is often governed by environmental conditions in which the material lies rather than the inherent properties of the material. That is, if the heat is easily released, the heat is hardly accumulated even if the amount of heat generated is large. On the other hand, if the heat is not easily dissipated, at least the heat can be accumulated sufficiently. Therefore, the characteristic of spontaneous ignition is the accumulation process of heat, and the phenomenon of spontaneous ignition is a phenomenon having a deep relationship with environmental conditions.
이와 같은 자연발화 원리에 따라 석탄의 자연발화 메커니즘을 정리해 보면 다음과 같다(도 1 및 도 2 참조). 즉, 석탄 내부 및 표면에 열이 공급되면, 열이 계속 축적되어 석탄 내부의 온도가 올라간다. 이때 내부에서의 발열(반응, 전도, 대류, 복사, 방열 등) 작용에 의해 산소 관능기가 공기와의 접촉 경계면에서 가연성 혼합가스를 발생시키고 다시 공기와의 혼합을 통해 산화반응이 일어나게 되며, 이때 발생한 열은 다시 내부의 열로 더욱 축적되게 된다. 결국 이러한 일련의 산소와의 산화반응의 순환 과정을 통해 열의 축적이 지속되고 결국 발화현상이 일어나게 되는 것이다.The mechanism of spontaneous combustion of coal according to this spontaneous ignition principle is summarized as follows (see FIG. 1 and FIG. 2). That is, when heat is supplied to the inside and the surface of the coal, heat is continuously accumulated and the temperature inside the coal is increased. At this time, the oxygen functional group generates a flammable mixture gas at the contact interface with air by the action of internal heat (reaction, conduction, convection, radiation, heat dissipation, etc.) and oxidation reaction occurs again by mixing with air. The heat is again accumulated in the internal heat. Eventually, the heat accumulation continues through the circulation process of the oxidation reaction with this series of oxygen, and eventually the ignition phenomenon occurs.
이러한 현상은 특히 고수분 저등급 석탄에서 발생할 가능성이 높은데, 고수분 저등급의 경우 탄 자체에 산소 관능기가 포함되어 있고 100℃의 저온에서 증기화되는 수분 함량이 높아 자연 발화되기 쉬운 조건을 가지고 있다. 따라서 자연발화 현상을 방지하기 위해서는 발화성이 높은 석탄과 산소(공기)와의 접촉을 차단하는 것이 가장 주요한 방법이 된다.This phenomenon is particularly likely to occur in high-grade low-grade coal. In the high-water low grade coal, the oxygen itself is contained in the coal itself and the moisture content is high at 100 ° C, . Therefore, in order to prevent spontaneous ignition, it is the most important method to prevent contact between oxygen and high-boiling coal.
한편, 발전용으로 사용되는 석탄 입자의 경우, 최대 크기가 50 mm 이하 그리고 미세분탄의 함량이 약 20% 이하로 제한되어 수입되고 있다. 이렇게 수입된 석탄은 대체적으로 작은 덩어리(괴탄) 형태와 그 사이에 일부 분탄이 혼합되어 섞여있는 상태가 되고, 저탄더미 내부에는 석탄 간의 공극이 존재하게 된다. 또한 석탄을 쏟아 쌓아 올리는 과정에서 대체적으로 비중 차에 의해 괴탄이 석탄 더미의 좌우 하부에 몰리게 되고 그 사이에 일부 분탄이 끼어 있는 형태를 유지한다. 따라서 석탄 입자와 산소와의 활발한 접촉은 주로 석탄더미 하부의 괴탄 상호간의 공극을 통해 이루어질 가능성이 높아지게 되고, 실제 발화현상도 주로 석탄더미 양 옆을 중심으로 하부 쪽에서 집중적으로 발생하는 양태를 보이고 있다.
On the other hand, in the case of coal particles used for power generation, the maximum size is less than 50 mm and the amount of fine powder is limited to about 20% or less. The imported coal is generally mixed with a small lump (coal) form and a part of coal between them, and there is a gap between coal inside the coal pile. In addition, during the process of pouring coal, the coal is pumped to the lower left and right sides of the coal pile by the difference in specific gravity, and some forms of coal are retained therebetween. Therefore, the active contact between coal particles and oxygen is likely to occur through the pores between the coal mounds under the coal pile, and the actual ignition phenomenon is concentrated mainly in the lower side mainly on both sides of the coal pile.
본 발명의 목적은 이러한 석탄과 산소의 접촉을 막아 석탄의 산화열 발생을 차단하고 이로 인해 자연발화 발생을 방지하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for preventing the generation of oxidation heat of coal by preventing contact between the coal and oxygen, thereby preventing occurrence of spontaneous ignition.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 예를 들어 순산소 보일러와 같은 가스 공급원; 및 석탄을 저장하는 저탄장의 하부에 설치되고, 가스 공급원과 연결되어 가스를 분사하는 분사관을 포함하는 저탄장 자연발화 방지장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a gas supply source such as, for example, a pure oxygen boiler; And an injection pipe connected to the gas supply source and injecting the gas, the low-carbon self-ignition preventing device being installed at the lower part of the low-carbon storage space for storing the coal.
본 발명에서 사용되는 가스는 질소 및 이산화탄소를 포함하는 혼합가스인 것이 바람직하고, 특히 순산소 발전소에서 배출되어 대부분이 이산화탄소로 구성되는 배가스인 것이 바람직하다.The gas used in the present invention is preferably a mixed gas containing nitrogen and carbon dioxide, and it is particularly preferable that the flue gas discharged from a pure oxygen power plant is composed mainly of carbon dioxide.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 저탄장 자연발화 방지장치는 가스 공급원과 연결되어 가스의 분사량을 조절하는 하나 이상의 밸브; 하나 이상의 밸브와 연결되어 밸브를 독립적으로 제어하는 밸브 제어기; 밸브 제어기와 연동되고, 저탄장의 온도를 실시간으로 감시하는 온도 모니터링 설비를 추가로 포함한다.The low-lean spontaneous ignition prevention apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes at least one valve connected to a gas supply source to regulate an injection amount of gas; A valve controller connected to the at least one valve to independently control the valve; And further includes a temperature monitoring facility which is interlocked with the valve controller and monitors the temperature of the low-leaner in real time.
본 발명에 따른 장치에서는 하나의 밸브에 다수의 분사관이 병렬로 연결되고, 분사관은 예를 들어 역삼각형과 같이 석탄과 접촉하는 상단면의 길이가 하단면의 길이보다 큰 형상을 가지며, 분사관은 양 측면에 다수의 분사구를 갖는 것이 바람직하다.In the apparatus according to the present invention, a plurality of injection pipes are connected in parallel to one valve, and the injection pipe has a shape in which the length of the upper end surface in contact with the coal is larger than the length of the lower end surface, It is desirable that the capillary has a plurality of nozzles on both sides.
또한, 본 발명은 석탄을 저장하는 저탄장의 하부에 설치된 분사관을 통해 가스를 석탄 더미에 분사하는 단계를 포함하는 저탄장 자연발화 방지방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a low-carbon spontaneous ignition prevention method including the step of spraying a gas onto a coal pile through a spray pipe provided at a lower portion of a low-carbon storage space for storing coal.
본 발명에 따른 방법에서 가스는 석탄의 공극에 충진되어 산소와의 접촉을 차단하는 것을 특징으로 한다.In the process according to the invention, the gas is filled in the pores of the coal to block contact with oxygen.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 저탄장 자연발화 방지방법은 집진기를 이용하여 배가스 중 분진을 제거하는 단계; 분진이 제거된 배가스 중 수분을 응축기에서 응축 분리하는 단계; 수분이 분리 제거된 배가스를 저장탱크에 저장하는 단계; 저장된 배가스를 복수의 밸브를 통해 분사관에 공급하는 단계; 온도 모니터링 설비를 이용하여 저탄장의 온도를 실시간으로 감시하는 단계; 및 온도 모니터링 설비와 연동하는 밸브 제어기를 이용하여 밸브를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a low-intrinsic spontaneous ignition prevention method comprising the steps of: removing dust in an exhaust gas using a dust collector; Condensing the moisture in the flue gas from which the dust has been removed in a condenser; Storing the flue gas in which moisture is separated and removed in a storage tank; Supplying the stored flue gas to the spray pipe through a plurality of valves; Monitoring in real time the temperature of the low-leaner using a temperature monitoring facility; And controlling the valve using a valve controller interlocked with the temperature monitoring facility.
본 발명에 따른 방법에서 온도 모니터링 결과와 연동하여 밸브를 제어함으로써 배가스의 분사량 및 분사위치를 조절할 수 있고, 특히 온도가 규정치 이상으로 상승한 특정 지점의 석탄 더미에만 배가스를 선택적으로 분사할 수 있다.In the method according to the present invention, the injection amount and the injection position of the exhaust gas can be controlled by controlling the valve in conjunction with the temperature monitoring result. In particular, the exhaust gas can be selectively injected into the coal pile at a specific point where the temperature rises above a predetermined value.
본 발명에 따른 방법에서 하나의 밸브에 다수의 분사관을 병렬로 연결하고, 분사관을 석탄과 접촉하는 상단면의 길이가 하단면의 길이보다 큰 형상을 갖도록 배치하며, 분사관의 양 측면에 형성된 다수의 분사구가 아래를 향하도록 배치하는 것이 바람직하다.In the method according to the present invention, a plurality of spray tubes are connected in parallel to one valve, the spray tubes are arranged so that the length of the upper surface contacting the coal is larger than the length of the lower surface, It is preferable that the plurality of ejection openings formed are directed downward.
또한, 본 발명은 배가스를 배출하는 순산소 보일러; 및 저탄장의 하부에 설치되어 상기 배가스를 분사하는 분사관을 포함하는 저탄장 자연발화 방지시스템을 제공한다.The present invention also relates to a pure oxygen boiler for discharging exhaust gas; And a spray pipe installed at a lower portion of the low-pressure side to spray the exhaust gas.
본 발명에 따른 저탄장 자연발화 방지시스템에서 배가스는 집진기를 통해 분진이 제거된 배가스인 것이 바람직하다.In the low-lean spontaneous ignition prevention system according to the present invention, the exhaust gas is preferably an exhaust gas from which dust is removed through a dust collector.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 저탄장 자연발화 방지시스템은 집진기와 연결되어 배가스 중 수분을 응축 분리하는 응축기; 응축기와 연결되어 수분이 분리 제거된 배가스를 저장하는 저장 탱크; 및 저장 탱크와 연결되어 분사관에 공급되는 배가스의 분사량을 조절하는 하나 이상의 밸브를 추가로 포함한다.
According to a preferred embodiment of the present invention, a low-carbon spontaneous ignition prevention system comprises: a condenser connected to a dust collector to condense and separate moisture in an exhaust gas; A storage tank connected to the condenser to store the flue gas in which moisture is separated and removed; And one or more valves connected to the storage tank for controlling the injection amount of the exhaust gas supplied to the injection pipe.
본 발명에 따라 순산소 발전소에서 배출되는 산소함량이 거의 없는 이산화탄소가 주성분인 배가스를 회수하여 수분을 제거하고 압축 저장한 후, 저탄장 하부에 여러 개의 배관을 병열로 매설하고 정제된 배가스를 분사함으로써, 배가스를 석탄의 공극에 충진하여 산소와의 접촉을 차단시키는 원리, 즉 산소 침투 방지를 위한 공극 차단 원리를 이용하여 저탄장의 자연발화를 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to recover the flue gas which is mainly composed of carbon dioxide, which is discharged from the pure oxygen power plant with little oxygen, to remove water and to store the compressed water. Then, It is possible to prevent the spontaneous ignition of low-fuels by using the principle that the exhaust gas is filled in the pores of coal to shut off the contact with oxygen, that is, the pore blocking principle for preventing oxygen penetration.
본 발명에서는 모든 저탄장 하부에 정제된 배가스 분사관을 매설하지만, 항상 배가스를 모든 지역에 분사하지 않고 석탄 더미 중 특정지점에 분사할 수 있는데, 특히 저탄장 석탄더미의 온도 모니터링 결과와 개별 배가스 공급 밸브를 연동하여 제어함으로써, 온도 상승 등 자연발화 발생이 감지되는 지점에만 선택적으로 배가스를 분사하는 개별 배가스 공급 제어방식을 채택할 수 있다.In the present invention, refined flue gas injection pipes are buried in all the low-carbon deposits. However, the flue gas can be injected at specific points in the coal pile without injecting the flue gas at all times. A separate flue gas supply control method can be adopted which selectively injects flue gas only at a point where occurrence of spontaneous ignition such as temperature rise is detected.
또한, 본 발명에서는 저탄장 하부에 배치되는 배가스 분사관을 역삼각형으로 제작하되, 분사관의 분사구가 하중 방향과 반대로 향하도록 설치함으로써, 분사관의 분사구가 상부의 석탄입자에 의해 막히지 않게 할 수 있다.
In addition, in the present invention, the exhaust gas injection pipe disposed in the low-filled lower portion is formed in an inverted triangle so that the injection port of the injection pipe is directed opposite to the load direction so that the injection port of the injection pipe is not blocked by the upper coal particles .
도 1 및 도 2은 자연발화 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 배가스의 석탄공극 통과 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배가스의 주 흐름방향 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배가스를 이용한 저탄장 자연발화 방지 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배가스 분사관의 배치도이다.
도 7은 본 발명에 따른 배가스 분사관의 제어 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 배가스 분사관(좌) 및 분사구 형태(우)의 개략도이다.
도 9는 본 발명에서 사용 가능한 다양한 배가스 분사관의 예시도이다.Figures 1 and 2 show the spontaneous ignition mechanism.
FIG. 3 is a conceptual diagram of passing coal pores through the exhaust gas according to the present invention. FIG.
4 is a view showing the main flow direction of the exhaust gas according to the present invention.
5 is a block diagram of a low-firing spontaneous ignition prevention system using an exhaust gas according to the present invention.
6 is a layout diagram of the flue gas injection tube according to the present invention.
7 is a control block diagram of the flue gas injection tube according to the present invention.
8 is a schematic view of an exhaust gas injection pipe (left) and an injection hole shape (right) according to the present invention.
9 is an exemplary view of various flue gas injection tubes usable in the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 및 4는 본 발명에 따라 배가스를 이용하여 석탄입자와 산소의 접촉을 차단하는 원리를 나타낸 것으로, 도 3에서와 같이, 다수의 석탄(C)으로 이루어진 석탄더미 하부에, 바람직하게는 하부 전체 면적에 걸쳐 역삼각형 형태의 배가스 분사관(110)을 설치한 후, 주성분이 질소 및 이산화탄소인 배가스(G)를 분사하게 된다. 분사된 배가스(G)는 도 3에서와 같이 석탄(C)의 공극 사이를 흘러 외부로 누설되어 나가는데, 이렇게 외부로 배가스(G)가 토출되어 나가면서 자연스럽게 공기의 석탄더미 침투를 막게 되는 원리이다.3 and 4 illustrate the principle of shutting off the contact between coal particles and oxygen by using an exhaust gas according to the present invention. As shown in FIG. 3, a plurality of coal (C) After the inverted triangular shaped flue
또한, 전술한 바와 같이, 대부분의 자연발화 현상은 괴탄이 주로 모여 있고 석탄입자간의 공극이 상대적으로 많이 존재하여 산소의 침투가 활발한 석탄더미 양쪽 옆 하부에서 발생하게 되는데, 분사관을 통해 분사된 배가스(G)는 석탄더미의 밀도가 상대적으로 낮아 압력손실 저항이 적은 양 옆쪽으로, 즉 도 4의 굵은 화살표 방향으로 주로 흘러가게 됨으로써, 특히 자연발화가 빈발하는 지점에서 보다 높은 자연발화 방지효과를 낳게 된다.As described above, most of the spontaneous ignition phenomena occur in the lower side of both sides of the coal pile in which oxygen is infiltrated due to the relatively large number of pores between the coal particles, mainly composed of the caustic, and the exhaust gas discharged through the spray pipe (G), the density of the coal pile is relatively low, so that the pressure loss resistance mainly flows in both sides with less resistance, that is, in the direction of the thick arrow in FIG. 4, do.
도 5는 본 발명에 따른 순산소 보일러 배가스를 이용한 저탄장 자연발화 시스템 구성을 나타낸 것으로, 본 발명의 원리는 앞서 기술한 바와 같이, 불활성의 이산화탄소가 주성분인 순산소 발전소의 보일러 배가스를 이용하여 석탄 더미의 공극을 산소가 침투할 수 없도록 배가스로 충진하는 원리로서, 석탄의 대량 저장과정에서 발생하는 자연발화를 방지하는 방법이다.FIG. 5 is a view showing a configuration of a low-carbon spontaneous ignition system using a pure oxy-fuel boiler flue gas according to the present invention. As described above, the principle of the present invention is that the boiler flue gas of a pure oxygen- Is a method to prevent spontaneous ignition in the process of mass storage of coal.
이를 위해서는 석탄화력발전소의 배가스를 포집하고 이용하는 시스템이 필요하다. 가스 공급원인 순산소 발전소의 보일러(10)에서 배출되는 배가스는 열교환기(20)를 거쳐 그 온도가 낮아진 후, 집진기(30)에서 부유입자들이 걸려지고, 탈황설비(40) 등을 거쳐 최종적으로 연돌(50)로 배출된다.To do this, a system is needed to capture and use the flue-gas from coal-fired power plants. After the temperature of the exhaust gas discharged from the
본 발명에서는 분진(Fly Ash)이 제거된 배가스를 이용하는 것이 바람직한데, 이를 위해 집진기(30) 후단에서 배가스를 분기하여 뽑아내게 된다. 이때 뽑아낸 배가스는 연소용 공기 및 연료 중에 포함된 수분이 수증기 형태로 존재하는 습가스로서, 이를 바로 이용할 경우 수분이 응축되어 배관이 막히고 석탄더미 내부의 습분이 증가하는 원인이 될 수 있다. 따라서 일차적으로 응축기(70)를 통과시켜 배가스의 습분을 제거하고, 이후 습분이 제거된 배가스를 저장탱크(80)에 일정 압력으로 저장한다.In the present invention, it is preferable to use an exhaust gas from which fly ashes have been removed. For this purpose, the exhaust gas is branched off from the rear end of the
이후, 배가스는 밸브(90)를 통해 저탄장(100)의 하부 전체 면적에 걸쳐 설치된 분사관(110)으로 유입되어 석탄 더미로 분사된다. 밸브(90)는 적어도 하나 이상 설치되고, 바람직하게는 복수의 밸브(90)가 병렬로 연결되며, 각 밸브(90)는 독립적으로 작동될 수 있다. 또한, 밸브(90)는 밸브 제어기(120)에 의해 개별적으로 그리고 자동적으로 제어됨으로써, 배가스의 분사량 및 분사위치를 자동적으로 조절할 수 있다.Thereafter, the exhaust gas flows into the
도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 저탄장(100)에는 저탄장 석탄 더미(P)의 온도를 실시간으로 감시하는 온도 모니터링 설비(130)를 구축할 수 있다. 온도 모니터링 설비(130)는 저탄장(100)의 여러 곳에 설치되는 복수의 온도 센서를 포함한다. 또한, 온도 모니터링 설비(130)는 밸브 제어기(120)와 연계되어 자동제어 시스템을 구축할 수 있다.As shown in FIGS. 5 and 7, a
예를 들어, 저탄장(100) 내 특정 석탄 더미(P)에서 온도가 규정치 이상으로 증가하는 현상이 관찰될 때, 밸브 제어기(120)로 밸브(90)를 개별적으로 제어함으로써, 온도가 증가된 지점에 수분이 정제된 배가스(G)를 분사관(110)을 통해 개별적으로 공급할 수 있다.For example, when the phenomenon of increasing the temperature beyond a predetermined value is observed in a specific coal pile P in the low-
이에 따라서 석탄더미(P) 내부에 불활성의 배가스(G)가 충진되면서 석탄 더미(P) 내부로 공기(산소)의 침투가 차단됨으로써, 자연발화가 중지되거나 사전에 예방되는 자동제어 시스템을 구축할 수 있다.Accordingly, the inert gas G is filled in the coal pile P and the infiltration of air (oxygen) into the coal pile P is blocked, so that the spontaneous ignition is stopped or an automatic control system that is prevented in advance is constructed .
도 6과 같이, 분사관(110)은 여러 개의 관을 병렬 형태로 구성하여, 즉 하나의 밸브(90)에 다수의 분사관(110)을 병렬 형태로 연결하여 석탄 저장더미(P) 하부에 매설함으로써, 석탄의 이송과정에서 석탄 이송기(Reclaimer)의 운전에 방해되지 않도록 한다.6, a plurality of pipes are arranged in parallel, that is, a plurality of
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 분사관(110)에는 다수의 분사구(111)가 형성되는데, 발화방지용 배가스가 배출되지 않는 휴지기간 중에, 분사관 분사구(110)가 석탄의 입자에 의해 막히지 않도록, 분사관(110)을 역삼각형 형태로 제작하고, 분사구(111)는 분사관(110)의 양 측면에 설치하여 바닥면을 향하게 한다.8, a plurality of jetting
도 9는 본 발명에서 사용 가능한 다양한 배가스 분사관을 예시한 것으로, 첫 번째는 역삼각형, 두 번째는 사다리꼴, 세 번째는 반원형이다. 이들 배가스 분사관은 공통적으로 그 단면에 있어서 석탄과 접촉하는 상단면의 길이(L1, L2, L3)가 하단면의 길이(ℓ1, ℓ2, ℓ3)보다 크다. 이와 같이, 상부 길이가 하부 길이보다 크기만 하면, 어떠한 형상을 갖더라도 무방하다.FIG. 9 illustrates various exhaust gas discharge tubes that can be used in the present invention. The first is an inverted triangle, the second is a trapezoid, and the third is a semicircular shape. In general, the lengths (L 1 , L 2 , L 3 ) of the upper end faces contacting the coal in the section are larger than the lengths (ℓ 1 , ℓ 2 , ℓ 3 ) of the lower end face. As long as the upper length is larger than the lower length, any shape may be used.
현재 석탄화력발전소 저탄장의 자연발화를 직접적으로 예방 및 차단할 수 있는 시스템은 전통적인 살수 및 석탄 압착방식 밖에 없다. 따라서 자연발화 가능성이 높은 석탄을 장기 저장하지 않고 우선적으로 소비하는 방식으로 대응하고 있지만, 현실적으로 자연발화는 수시로 발생하고 있다. 따라서 본 발명의 시스템은 유사 사례가 없는 능동적인 저탄장 자연발화 방지 시스템으로서, 기술의 독창성 및 현장작용 가능성이 매우 높은 기술이라 할 수 있다.Currently, the only system that can directly prevent and block the spontaneous combustion of coal-fired power plants is the conventional spraying and coal compression method. Therefore, although coal is likely to be spontaneously ignited, it is preferentially consumed without storing it for a long period of time. However, spontaneous combustion often occurs. Therefore, the system of the present invention is an active, low-firing, spontaneous-ignition prevention system without similar cases, and it can be said that the technology is highly original and has a high possibility of field action.
종래의 자연발화 대응방식은 자연발화 석탄에 직접적으로 물을 살포한다든지 압착하는 방식으로 온도를 떨어뜨리거나, 산소와의 접촉을 최대한 방지하는 방식이었다. 그러나 살수할 경우 석탄의 수분함량이 증가하여 장기적으로는 수분의 흡탈착반응 증가로 내부열 축적이 가중되고, 석탄 자체의 수분량 증가로 인해 품질이 떨어지는 문제를 가지고 있다. 압착의 경우도 매우 제한적이고 비효율적인 방식이었다. 그러나 본 발명의 경우 자동제어를 통해 능동적으로 저탄장의 특정 지점에 대하여 매우 효과적으로 산소와의 접촉을 차단함으로써 자연발화의 근원적인 발생을 차단할 수 있고, 이러한 산소 차단 매체를 배기가스를 활용하여 수행함으로써 폐자원의 재활용 측면에서도 매우 장점이 있는 방법이라 할 수 있으며, 이 기술을 순산소 보일러 시스템에 적용할 경우 고순도의 이산화탄소가 대부분인 순산소 시스템의 배가스를 활용하게 되어 자연발화 방지효과가 극대화될 수 있는 장점을 지니고 있다.Conventional spontaneous ignition method is a method of spraying water directly to spontaneous fired coal or dropping the temperature by compression or preventing contact with oxygen as much as possible. However, in case of watering, the water content of coal is increased, and in the long term, the increase of water absorption and desorption reaction increases the internal heat accumulation, and the quality of coal is deteriorated due to the increase of water content. Crimping was also very limited and inefficient. However, in the case of the present invention, it is possible to actively cut off the contact with oxygen at a specific point of low-emission through automatic control, thereby preventing the occurrence of spontaneous ignition. By using such an oxygen- It is a very advantageous method in terms of resource recycling. When this technology is applied to the oxy-fuel boiler system, it can utilize the flue gas of pure oxygen system, which is the most pumped carbon dioxide, .
석탄은 향후에도 주도적인 에너지원으로 사용될 것이 확실한 자원이다. 특히 현재 역청탄 매장량과 거의 같은 고수분 및 고휘발분의 저급탄 사용이 향후에 필연적으로 증가할 것으로 예상되어서, 자연발화 문제는 더욱 커다란 이슈로 부상될 개연성이 매우 높다. 그러나 현재 이러한 대용량 저탄장의 자연발화를 효과적으로 예방하고 제어할 수 있는 실용적이고 현실적인 기술은 거의 없는 수준이다. 따라서 본 발명 기술은 이러한 분야에 있어 매우 선도적인 기술이라고 할 수 있다.Coal is a sure resource to be used as a leading energy source in the future. In particular, the use of low-grade coal with high water content and high volatility is expected to increase inevitably in the near future, and the problem of spontaneous ignition is likely to become a big issue. However, there are few practical and realistic technologies to effectively prevent and control the spontaneous combustion of such large-capacity low-fuels. Therefore, the technique of the present invention is a very leading technology in this field.
석탄은 매장량이 풍부하고 전 세계적으로 비교적 균일하게 매장되어 있는 연료로서, 향후에도 약 100년 이상의 상당 기간 동안 연료로 활용될 자원이다. 따라서 향후에도 지속적으로 석탄화력발전소는 운용될 것으로 예상할 수 있으며, 향후 사용될 석탄은 기존의 석탄보다 휘발분과 수분이 높아 자연발화 가능성이 큰 갈탄 쪽으로 이동될 전망이다. 따라서 향후 석탄화력발전소의 고수분탄 사용에 따른 열손실 및 발화 문제는 더욱 심각한 문제로 대두될 가능성이 매우 높기 때문에, 이러한 상황에서 석탄 저장과정에서의 자연발화 방지를 위한 방안 마련이 절실하게 필요한데, 본 발명에서 제시하고 있는 자연발화 방지 시스템을 발전소 현장에 성공적으로 적용시킴으로써, 화력발전 시스템 운용 한계 시점까지 지속적으로 활용할 수 있을 것이다.Coal is rich in reserves and is buried relatively uniformly throughout the world, and it will be used as a fuel for a considerable period of time over the next 100 years. Therefore, it is expected that coal-fired power plants will continue to operate in the future, and coal to be used in the future will move to lignite, which is likely to spontaneously ignite due to higher volatiles and moisture than existing coal. Therefore, the problem of heat loss and ignition due to the use of high-temperature coal fired power plants in the future will become more serious problem. Therefore, it is urgently necessary to prepare measures for preventing spontaneous combustion in the coal storage process. By successfully applying the spontaneous ignition prevention system proposed in the invention to the site of the power plant, it will be able to be continuously utilized until the limit of the operation of the thermal power generation system.
본 발명을 향후 상업운전이 예상되는 순산소 석탄화력발전소에 적용할 경우, 고농도의 이산화탄소가 주성분인 배가스를 이용하게 되어 매우 유리하며, 기타 국내 대용량 석탄화력발전소에도 모두 적용할 수 있고 상품화 및 기술수출의 가능성도 높다.When the present invention is applied to an oxy-fuel coal-fired power plant expected to be operated in the future, it is very advantageous to utilize flue gas which is a main component of carbon dioxide at a high concentration and can be applied to other domestic large-capacity coal-fired power plants. There is a high possibility.
현재 국내에 수입되는 석탄은 자연발화성이 높은 고수분 및 고휘발분 함량의 저등급 석탄 쪽으로 그 비중이 점차 증가하고 있으며, 국내에 추진되는 순산소 발전소의 경우 그 설계탄이 저등급의 아역청탄이다. 따라서 과거에 비해 이러한 고수분탄 사용에 따른 열손실 및 발화 문제는 실제 빈번히 발생하고 있으며, 향후 더욱 지속적으로 증가될 상황인데, 이러한 문제점에 대한 대안으로서 본 발명 기술이 효과적으로 적용될 수 있고, 또한 고수분탄을 사용하는 전 발전소에 적용 가능할 것이다.
Currently, the proportion of coal imported into Korea is gradually increasing toward highly ignitable high water content and low-grade coal with a high volatile content. In the case of a domestic oxy-fuel plant, the designed coal is a low grade sub-bituminous coal. Therefore, the problem of heat loss and ignition due to the use of the high-hard coal is more frequently encountered than in the past, and the problem will continue to increase in the future. As an alternative to such a problem, the present invention technology can be effectively applied, It will be applicable to all power plants in use.
10: 보일러
20: 열교환기
30: 집진기
40: 탈황설비
50: 연돌
60: 송풍기
70: 응축기
80: 저장탱크
90: 밸브
100: 저탄장
110: 분사관
111: 분사구
120: 밸브 제어기
130: 온도 모니터링 설비10: Boiler
20: Heat exchanger
30: Dust collector
40: Desulfurization equipment
50: stack
60: blower
70: condenser
80: Storage tank
90: Valve
100: low-fleeting
110: Distributor
111: nozzle
120: Valve controller
130: Temperature monitoring equipment
Claims (21)
석탄을 저장하는 저탄장의 하부 전체 면적에 걸쳐 설치되고, 가스 공급원과 연결되어 가스를 분사하는 분사관;
가스 공급원과 연결되어 가스의 분사량을 조절하는 하나 이상의 밸브;
하나 이상의 밸브와 연결되어 밸브를 독립적으로 제어하는 밸브 제어기; 및
밸브 제어기와 연동되고, 저탄장의 온도를 실시간으로 감시하는 온도 모니터링 설비를 포함하며,
가스는 질소 및 이산화탄소를 포함하는 혼합가스이고, 혼합가스는 순산소 발전소에서 배출되는 배가스이며,
하나의 밸브에 다수의 분사관이 병렬로 연결되고,
분사관은 석탄과 접촉하는 상단면의 길이가 하단면의 길이보다 큰 형상을 가지며,
분사관은 양 측면에 형성되고 아래를 향하도록 배치되는 다수의 분사구를 갖는 것을 특징으로 하는 저탄장 자연발화 방지장치.A gas supply source;
A spraying pipe installed over the entire lower area of the low-carbon storage tank for storing coal and connected to the gas supply source to inject gas;
One or more valves connected to the gas source to regulate the amount of gas injected;
A valve controller connected to the at least one valve to independently control the valve; And
And a temperature monitoring facility that is interlocked with the valve controller and monitors the temperature of the low-
The gas is a mixed gas containing nitrogen and carbon dioxide, the mixed gas is exhaust gas discharged from a pure oxygen power plant,
A plurality of injection pipes are connected in parallel to one valve,
The spraying pipe has a shape in which the length of the upper surface contacting the coal is larger than the length of the lower end surface,
Characterized in that the jetting tube has a plurality of jetting ports formed on both sides and arranged to face downward.
가스는 석탄의 공극에 충진되어 산소와의 접촉을 차단하는 것을 특징으로 하는 저탄장 자연발화 방지방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the gas is filled in the pores of the coal to block contact with oxygen.
집진기를 이용하여 배가스 중 분진을 제거하는 단계;
분진이 제거된 배가스 중 수분을 응축기에서 응축 분리하는 단계;
수분이 분리 제거된 배가스를 저장탱크에 저장하는 단계; 및
저장된 배가스를 복수의 밸브를 통해 분사관에 공급하는 단계를 추가로 포함하는 저탄장 자연발화 방지방법.
10. The method of claim 9,
Removing dust in the exhaust gas using a dust collector;
Condensing the moisture in the flue gas from which the dust has been removed in a condenser;
Storing the flue gas in which moisture is separated and removed in a storage tank; And
And supplying the stored flue gas to the spray pipe through a plurality of valves.
온도 모니터링 설비를 이용하여 저탄장의 온도를 실시간으로 감시하는 단계; 및
온도 모니터링 설비와 연동하는 밸브 제어기를 이용하여 밸브를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 저탄장 자연발화 방지방법.
13. The method of claim 12,
Monitoring in real time the temperature of the low-leaner using a temperature monitoring facility; And
Further comprising the step of controlling the valve using a valve controller interlocked with the temperature monitoring facility.
온도 모니터링 결과와 연동하여 밸브를 제어함으로써 배가스의 분사량 및 분사위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 저탄장 자연발화 방지방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the injection amount and the injection position of the exhaust gas are controlled by controlling the valve in conjunction with the temperature monitoring result.
온도가 규정치 이상으로 상승한 특정 지점의 석탄 더미에만 배가스를 선택적으로 분사하는 것을 특징으로 하는 저탄장 자연발화 방지방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the flue gas is selectively injected only into a coal pile at a specific point where the temperature rises above a predetermined value.
제1항에 따른 저탄장 자연발화 방지장치를 포함하는 저탄장 자연발화 방지시스템.
A pure oxygen boiler for discharging exhaust gas; And
11. A low-self-ignition spontaneous ignition prevention system comprising the low-spontaneous spontaneous ignition prevention apparatus according to claim 1.
배가스는 집진기를 통해 분진이 제거된 배가스인 것을 특징으로 하는 저탄장 자연발화 방지시스템.
20. The method of claim 19,
Wherein the flue gas is an exhaust gas from which dust is removed through a dust collector.
집진기와 연결되어 배가스 중 수분을 응축 분리하는 응축기; 및
응축기와 연결되어 수분이 분리 제거된 배가스를 저장하고, 밸브와 연결되는 저장 탱크를 추가로 포함하는 저탄장 자연발화 방지시스템.20. The method of claim 19,
A condenser connected to the dust collector for condensing and separating moisture in the flue gas; And
A low carbon intrinsic ignition prevention system further comprising a storage tank connected to the condenser and storing the flue gas separated and removed moisture, and connected to the valve.
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