KR20210014399A - Analyzing device of ash, resulting from biomass firing, causing fine dust - Google Patents

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KR20210014399A
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, an apparatus for analyzing scattered ash includes: an introducing part to introduce biomass; a reactor extending in a vertical direction, and having the form of a tub having an upper opening communicating with the introducing part and a lower opening to burn and oxidize the biomass introduced into the introducing part; a collecting part to receive the scattered ash of the oxidized biomass discharged through the lower opening; a cyclone to capture the scattered ash output through the collecting part; a plurality of filters having openings having specific sizes, respectively, and arranged such that the size of the opening is reduced further away from the cyclone, to sort the scattered ash output through the cyclone depending on sizes; a vacuum pump connected with a filter, which has the smallest opening, of the plurality of filters to suction gas generated from the reactor and to discharge the gas to the outside; and a particle analyzer to analyze the scattered ash filtered out of the plurality of filters.

Description

바이오매스 연소시 발생하는, 미세먼지의 원인이 되는 비산재 분석 장치{ANALYZING DEVICE OF ASH, RESULTING FROM BIOMASS FIRING, CAUSING FINE DUST}Fly ash analysis device that is the cause of fine dust generated during biomass combustion{ANALYZING DEVICE OF ASH, RESULTING FROM BIOMASS FIRING, CAUSING FINE DUST}

본 발명은 바이오매스 연소시 발생하는 비산재를 분석하는 장치에 관한 것으로, 특히 바이오매스를 연소시키고 그로부터 발생한 비산재를 분석하는 것을 한꺼번에 수행할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for analyzing fly ash generated during biomass combustion, and more particularly, to an apparatus capable of burning biomass and analyzing fly ash generated therefrom at once.

에너지를 얻는 전통적인 방법으로서 바이오매스를 연소 또는 가스화하는 방법이 있다. 연소 또는 가스화시 발생하는 다양한 물질은 환경오염의 원인이 되고 있으며, 특히 미세먼지를 발생시키는 것으로 알려져 있다. 그러나, 어떠한 종류의 미세먼지가 어느 정도로 발생하는지에 대한 정확한 메커니즘은 알려져 있지 않다.The traditional method of obtaining energy is by burning or gasifying biomass. Various substances generated during combustion or gasification are the cause of environmental pollution, and are known to particularly generate fine dust. However, the exact mechanism for what kind of fine dust is generated and to what extent is not known.

이와 관련하여, 한국특허공개공보 제10-2019-0060848호는, 바이오매스(B)를 가스화하는 공정(10)으로서, 상기 바이오매스(B)가 가스화를 위해 장치(11)에 공급되고, 제 1 공정 단계(12, 12i, 12ⅱ)에서, 공급된 상기 바이오매스(B)로부터 미가공 가스(R) 및 탄소성 잔류물(RK)을 생성하고, 제 2 공정 단계(13)에서, 상기 탄소성 잔류물(RK)은 가스화 구역(ZV)에서 상기 미가공 가스(R)의 가스 성분들로 부분적으로 가스화되고, 그 결과 활성탄(AK) 및 고온 생성 가스(PH)가 형성되고, 제 3 공정 단계(14)에서, 무-수 및 무-재(waft)의 기준 조건에 대한 공급된 상기 바이오매스(B)의 질량 단위 당, 최소 0.02 질량 단위와 최대 0.1 질량 단위 사이의 활성탄(AK)과 공급된 바이오매스(B)가 얻어지는 고온 생성 가스(PH)가 상기 가스화 구역(ZV)에서 제거되어 냉각 구역(ZK)으로 운반되고, 상기 냉각 구역(ZK)에서 결합 냉각되어, 흡착 공정이 수행되고, 상기 활성탄(MAK2)은 냉각되는 동안 상기 고온 생성 가스(PH)로부터 타르로 농후화되는, 바이오매스(B)를 가스화하는 공정을 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2019-0060848 discloses a process (10) of gasifying biomass (B), wherein the biomass (B) is supplied to the apparatus 11 for gasification, In a first process step (12, 12i, 12ii), raw gas (R) and an elastomeric residue (RK) are produced from the supplied biomass (B), and in a second process step (13), the elastoplastic The residue (RK) is partially gasified with gaseous components of the raw gas (R) in the gasification zone (ZV), as a result of which activated carbon (AK) and hot product gas (PH) are formed, and the third process step ( In 14), per mass unit of the biomass (B) fed for reference conditions of no-aqueous and no-waft, between a minimum of 0.02 mass units and a maximum of 0.1 mass units of activated carbon (AK) and supplied The high-temperature product gas (PH) from which biomass (B) is obtained is removed in the gasification zone (ZV) and conveyed to a cooling zone (ZK), and combined-cooled in the cooling zone (ZK), the adsorption process is performed, and the Activated carbon (MAK2) discloses a process of gasifying biomass (B), which is enriched in tar from the high-temperature product gas (PH) during cooling.

그러나, 상기 공보는 단순히 바이오매스를 가스화함에 있어서 효율이 높은 방법을 제시하고 있을 뿐이며, 미세먼지의 발생을 최소화하는 운전 방법을 고려하고 있지는 않다.However, the above publication merely proposes a highly efficient method for gasifying biomass, and does not consider an operation method for minimizing the generation of fine dust.

한국특허공개공보 제10-2019-0060848호Korean Patent Publication No. 10-2019-0060848

본 발명의 실시예는, 바이오매스의 연소와 함께, 이로부터 발생하는 미세먼지의 분석까지도 한꺼번에 실행할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an apparatus capable of performing both the combustion of biomass and the analysis of fine dust generated therefrom.

본 발명의 실시예에 따른 비산재 분석 장치는, 바이오매스가 투입되는 투입부; 수직 방향으로 연장되며, 상기 투입부와 연결되는 상측 개구부와, 하측 개구부를 갖는 통 형상으로 이루어지며, 상기 투입부에 의해 투입된 바이오매스를 가열하여 산화시키는반응로; 상기 하측 개구부를 통해 배출되는 산화된 바이오매스의 비산재를 수용하기 위한 포집부; 상기 포집부를 통과한 비산재를 포집하는 사이클론; 각각이 일정한 크기의 개구부를 가지며, 상기 사이클론으로부터 멀어짐에 따라 개구부의 크기가 작도록 배열되어, 상기 사이클론을 통과한 비산재를 크기에 따라 구분하는 복수의 필터; 상기 복수의 필터 중 개구부의 크기가 가장 작은 필터에 연결되며, 상기 반응로에서 생성된 가스를 흡입하여 외부로 배출하는 진공펌프; 및 상기 복수의 필터에 걸러지거나 상기 복수의 필터를 통과한 비산재를 분석하는 입자 분석기를 포함한다.An apparatus for analyzing fly ash according to an embodiment of the present invention includes: an input unit into which biomass is input; A reaction furnace that extends in a vertical direction and has a cylindrical shape having an upper opening connected to the input unit and a lower opening, and heating and oxidizing the biomass input by the input unit; A collecting unit for accommodating fly ash of the oxidized biomass discharged through the lower opening; A cyclone collecting fly ash that has passed through the collecting unit; A plurality of filters each having an opening of a predetermined size and arranged to have a smaller size as the opening is further away from the cyclone, and for separating the fly ash passing through the cyclone according to size; A vacuum pump connected to a filter having the smallest opening size among the plurality of filters, and suctioning and discharging the gas generated in the reaction furnace to the outside; And a particle analyzer that analyzes fly ash that has been filtered through the plurality of filters or has passed through the plurality of filters.

상기 투입부는, 수평 방향으로 연장되며 내부가 빈 스프링 형상을 갖는 스프링축과, 상기 스프링축의 일단에 결합되어 상기 스프링축을 회전시키는 회전부를 포함하며, 상기 회전부에 의해 상기 스프링축이 회전함에 따라, 상기 스프링축 내부의 바이오매스가 상기 스프링축의 타단 방향으로 이동되어 상기 반응로의 상측 개구부에 투입될 수 있다.The inlet portion includes a spring shaft extending in a horizontal direction and having an empty spring shape, and a rotation part coupled to one end of the spring shaft to rotate the spring shaft, and as the spring shaft rotates by the rotation part, the The biomass inside the spring shaft may be moved in the direction of the other end of the spring shaft and introduced into the upper opening of the reactor.

상기 투입부는, 수평 방향으로 연장되며 내부가 빈 스프링 형상을 갖고, 상기 스프링축의 직경보다 큰 직경을 갖고 상기 스프링축을 둘러싸도록 형성되며, 상기 회전부에 일측이 결합되어 상기 스프링축과 함께 회전되는 혼합부를 더 포함할 수 있다.The inlet part is a mixing part that extends in a horizontal direction and has a hollow inner spring shape, has a diameter larger than the diameter of the spring shaft, is formed to surround the spring shaft, and is coupled to one side of the rotating part to rotate with the spring shaft. It may contain more.

상기 혼합부는, 상기 스프링축의 단위 길이당 권선수보다 적은 단위 길이당 권선수를 가질 수 있다.The mixing unit may have a number of turns per unit length less than the number of turns per unit length of the spring shaft.

본 발명의 실시예에 의하면, 바이오매스의 연소 내지 가스화 공정을 실행하면서, 발생하는 비산재의 분석도 함께 수행 가능하다.According to an embodiment of the present invention, while performing the biomass combustion or gasification process, it is possible to perform analysis of the generated fly ash.

비산재의 분석 결과에 따라 미세먼지의 종류와 양을 분석하고, 이에 따라 연소 내지 가스화의 운전 조건을 설정함으로써 미세먼지의 발생을 제어할 수 있다.The generation of fine dust can be controlled by analyzing the type and amount of fine dust according to the analysis result of fly ash, and setting operation conditions for combustion or gasification accordingly.

스프링축을 구비한 투입부에 의해 바이오매스의 투입을 용이하게 할 수 있다.It is possible to facilitate the input of biomass by means of an input unit having a spring shaft.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지의 원인이 되는 비산재 분석 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 투입부(200)의 구성도이다.
도 3~도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비산재 분석 장치를 이용하여 바이오매스를 포함한 시료를 연소 내지 가스화하고 이를 분석한 결과를 나타내는 도면이다.1 is a block diagram of an apparatus for analyzing fly ash that causes fine dust according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram of the input unit 200 of FIG. 1.
3 to 6 are diagrams showing results of combustion or gasification of a sample including biomass and analysis thereof using the fly ash analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 출원에 설명된 임의의 실시예의 방법 또는 구성이 본 출원에 설명된 임의의 다른 방법 또는 구성에 대하여 구현될 수 있다는 것이 고려되어야 할 것이다.It should be considered that the method or configuration of any embodiment described in this application may be implemented for any other method or configuration described in this application.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Terms or words used in this specification and claims are limited to their usual or dictionary meanings and should not be interpreted, and that the inventor can appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. Based on the principle, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

명세서 및 청구범위에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. In the specification and claims, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, not excluding other components unless otherwise stated.

명세서 및 청구범위에서 용어 "포함하는"과 함께 사용되는 단수 단어의 사용은 "하나"의 의미일 수도 있고, 또는 "하나 이상", "적어도 하나", 및 "하나 또는 하나보다 많은"의 의미일 수도 있다.The use of a singular word used in conjunction with the term “comprising” in the specification and claims may mean “one”, or “one or more”, “at least one”, and “one or more than one”. May be.

명세서 및 청구범위에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Terms such as "... unit", "... group", "module", and "device" described in the specification and claims mean a unit that processes at least one function or operation, which is a unit of hardware or software or hardware and software. It can be implemented in combination.

명세서 및 청구범위에서의 용어 "또는"의 사용은 상호 배타적이거나 단지 선택 가능한 것들을 나타내는 것으로 명백하게 표시되지 않는 한 "및/또는"을 의미하기 위해 사용된다.The use of the term “or” in the specification and claims is used to mean “and/or” unless expressly indicated as being mutually exclusive or merely representing selectables.

명세서 및 청구범위에서의 "연결"된다는 표현은 두 개의 구성요소가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, 중간에 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 연결되는 경우도 포함하며, 유선 또는 무선의 경우를 모두 포함할 수 있다.The expression "connected" in the specification and claims includes not only the case where the two elements are directly connected, but also the case that the two elements are connected indirectly through another element in the middle, and includes both wired or wireless cases. I can.

본 명세서에서 단순히 "연소"라고 표현한 경우에도 연소뿐만 아니라 가스화까지 포함하는, "산화"와 유사한 개념으로 이해될 것이다.Even when simply expressed as “combustion” in the present specification, it will be understood as a concept similar to “oxidation” including gasification as well as combustion.

본 발명의 특징 및 이점들은 다음 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위 내 다양한 변경 및 변형이 본 상세한 설명으로부터 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 분명해질 것이기 때문에, 상세한 설명 및 구체적인 예들은 본 발명의 구체적인 실시예들을 나타내지만, 단지 예로서 주어진다는 것이 이해되어야 한다. 같은 번호들은 전체에 걸쳐 같은 요소들을 나타낸다.Features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention will become apparent to those skilled in the art from this detailed description, the detailed description and specific examples represent specific embodiments of the present invention, but only examples. It should be understood that it is given as The same numbers represent the same elements throughout.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지의 원인이 되는 비산재 분석 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an apparatus for analyzing fly ash that causes fine dust according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 비산재 분석 장치는, 바이오매스가 투입되는 투입부(200); 수직 방향으로 연장되며, 상기 투입부(200)와 연결되는 상측 개구부와, 하측 개구부를 갖는 통 형상으로 이루어지며, 상기 투입부에 의해 투입된 바이오매스를 가열하여 산화시키는 반응로(500); 상기 하측 개구부를 통해 배출되는 산화된 바이오매스의 비산재를 수용하기 위한 포집부(600); 상기 포집부(600)를 통과한 비산재를 포집하는 사이클론(700); 각각이 일정한 크기의 개구부를 가지며, 상기 사이클론(700)으로부터 멀어짐에 따라 개구부의 크기가 작도록 배열되어 상기 사이클론(700)을 통과한 비산재를 크기에 따라 구분하는 복수의 필터(800); 상기 복수의 필터(800) 중 개구부의 크기가 가장 작은 필터(840)에 연결되며, 상기 반응로(500)에서 생성된 가스를 흡입하여 외부로 배출하는 진공펌프(1100); 및 상기 복수의 필터에 걸러지거나 상기 복수의 필터를 통과한 비산재를 분석하는 입자 분석기(900)를 포함한다. Referring to Figure 1, the fly ash analysis device, the input unit 200 into which biomass is input; A reaction furnace 500 extending in a vertical direction and formed in a cylindrical shape having an upper opening connected to the input part 200 and a lower opening, and heating and oxidizing the biomass input by the input part 200; A collection unit 600 for receiving fly ash of the oxidized biomass discharged through the lower opening; A cyclone 700 for collecting fly ash that has passed through the collecting unit 600; A plurality of filters 800, each of which has an opening of a predetermined size, and is arranged to have a smaller size as the opening is moved away from the cyclone 700 to separate the fly ash that has passed through the cyclone 700 according to the size; A vacuum pump (1100) connected to a filter (840) having the smallest opening of the plurality of filters (800), suctioning the gas generated in the reactor (500) and discharging the gas to the outside; And a particle analyzer 900 that analyzes fly ash that has been filtered through the plurality of filters or has passed through the plurality of filters.

본 발명의 실시예에 따른 비산재 분석 장치는 제1 및 제 2 가스 공급부(110, 120), 제1 및 제2 바이오매스 공급관(310, 320), 예열부(400) 및 MFC(Mass Flow Controller; 1000)를 더 포함할 수 있다.Fly ash analysis apparatus according to an embodiment of the present invention includes first and second gas supply units 110 and 120, first and second biomass supply pipes 310 and 320, preheating unit 400, and MFC (Mass Flow Controller); 1000) may be further included.

제1가스 공급부(110)는 바이오매스의 이동을 원활하게 하기 위한 분체 이송 가스를 공급한다. 분체 이송 가스는 예를 들어 질소 가스일 수 있다.제2 가스 공급부(120)는 바이오매스의 산화를 촉진시킬 수 있는 산화 가스를 공급한다. 산화 가스는 예를 들어 산소 가스일 수 있다. 제1 가스 공급부(110)는 제1 바이오매스 공급관(310)에 연결되고, 제2 가스 공급부(120)는 반응로(500)의 상측 개구부에 연결된다.The first gas supply unit 110 supplies a powder conveying gas for smoothly moving the biomass. The powder conveying gas may be, for example, nitrogen gas. The second gas supply unit 120 supplies an oxidizing gas capable of accelerating the oxidation of biomass. The oxidizing gas can be, for example, oxygen gas. The first gas supply unit 110 is connected to the first biomass supply pipe 310, and the second gas supply unit 120 is connected to the upper opening of the reactor 500.

투입부(200)는 바이오매스를 제1 및 제2 바이오매스 공급관(310, 320)을 통해 반응로(500)에 투입한다. 투입부(200)는 바이오매스만을 투입할 수도 있고, 바이오매스와 다른 물질, 예를 들어 석탄과의 혼합 물질을 투입할 수도 있다. 즉, 투입부(200)는 적어도 일부에 바이오매스를 포함하는 물질을 투입한다. 투입부(200)의 구체적인 구조에 대해서는 후술한다.The input unit 200 injects biomass into the reactor 500 through the first and second biomass supply pipes 310 and 320. The input unit 200 may input only biomass, or a mixed material of biomass and other materials, for example, coal. That is, the input unit 200 injects a material including biomass into at least a portion. A specific structure of the input unit 200 will be described later.

제1 바이오매스 공급관(310)은 수직으로 연장되는 관이며, 일측이 투입부(200)에 연결되어 투입부(200)로부터 바이오매스가 공급된다. 제1 바이오매스 공급관(310)의 상측 단부로 제1 가스 공급부(110)로부터 공급된 분체 이송 가스가 공급된다. 이에 따라, 제1 바이오매스 공급관(310) 내에서 바이오매스와 분체 이송 가스가 섞여서 중력 방향을 따라 제1 바이오매스 공급관(310)의 하측 단부로 이동한다.The first biomass supply pipe 310 is a pipe extending vertically, and one side is connected to the input unit 200 to supply biomass from the input unit 200. The powder conveying gas supplied from the first gas supply unit 110 is supplied to the upper end of the first biomass supply pipe 310. Accordingly, the biomass and the powder conveying gas are mixed in the first biomass supply pipe 310 and move to the lower end of the first biomass supply pipe 310 along the direction of gravity.

제2 바이오매스 공급관(320)은 수직으로 연장되며, 내측 공간과 외측 공간으로 분리된 3중관 구조를 갖는다. 제2 바이오매스 공급관(320)의 내측 공간으로는 제1 바이오매스 공급관(310)이 연결되어 바이오매스가 분체 이송 가스와 함께 투입된다. 제2 바이오매스 공급관(320)의 외측 공간에는 냉매가 흐르며, 제2 바이오매스 공급관(320)의 외관에는 투입구 및 배출구가 형성되어 있어, 외부로부터 투입구를 통해 외측 공간으로 공급된 냉매가 배출구를 통해 다시 외부로 흘러 나갈 수 있다. 냉매로서 냉각수가 이용될 수 있다.The second biomass supply pipe 320 extends vertically and has a triple pipe structure divided into an inner space and an outer space. The first biomass supply pipe 310 is connected to the inner space of the second biomass supply pipe 320 so that the biomass is injected together with the powder transfer gas. A refrigerant flows in the outer space of the second biomass supply pipe 320, and an inlet and an outlet are formed on the exterior of the second biomass supply pipe 320, so that the refrigerant supplied to the outer space through the inlet from the outside is passed through the outlet. It can flow out again. Cooling water can be used as a refrigerant.

예열부(400)는 제2 바이오매스 공급관(320)의 주위에 형성되어 제2 바이오매스 공급관(320)으로 흐르는 바이오매스 및 분체 이송 가스의 혼합물질을 가열한다. 예열부(400)의 가열 온도는 반응로(500)보다 낮게 설정되어, 반응로(500)에서 연소 반응이 원활하게 이루어지도록 한다. 전술한 바와 같이, 제2 바이오매스 공급관(320)의 외측 공간에는 냉매가 흐르기 때문에, 제2 바이오매스 공급관(320)의 파손이 방지된다.The preheating unit 400 is formed around the second biomass supply pipe 320 and heats a mixture of the biomass and powder transport gas flowing to the second biomass supply pipe 320. The heating temperature of the preheating unit 400 is set lower than that of the reaction furnace 500 so that the combustion reaction is smoothly performed in the reaction furnace 500. As described above, since the refrigerant flows in the outer space of the second biomass supply pipe 320, damage to the second biomass supply pipe 320 is prevented.

반응로(500)는 수직 방향으로 연장되는 통 형상이며, 상측 개구부와 하측 개구부를 갖는다. 반응로(500)의 상측 개구부는 투입부(200)와 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반응로(500)의 상측 개구부는 제1 바이오매스 공급관(310) 및 제2 바이오매스 공급관(320)을 통해 투입부(200)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 반응로(500)는 투입부(200)에 의해 투입된 바이오매스를 가열하여 산화시킨다. 상측 개구부를 통해 제2 가스 공급부(120)로부터 공급된 산화 가스가 공급될 수 있으며, 이에 따라 바이오매스의 연소를 촉진시킬 수 있다.The reactor 500 has a cylindrical shape extending in a vertical direction and has an upper opening and a lower opening. The upper opening of the reactor 500 is connected to the input unit 200. 1, the upper opening of the reactor 500 may be connected to the input unit 200 through the first biomass supply pipe 310 and the second biomass supply pipe 320. Accordingly, the reactor 500 heats and oxidizes the biomass input by the input unit 200. The oxidizing gas supplied from the second gas supply unit 120 may be supplied through the upper opening, thereby promoting combustion of the biomass.

반응로(500)는 수직 방향으로 배열된 제1 히터(510), 제2 히터(520), 제3 히터(530)와, 제1~제3 히터(510~530)의 온도를 독립적으로 제어 가능한 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 반응로(500)는 수직 방향으로 연장되는 통 형상이기 때문에, 반응로(500) 내의 수직 방향의 위치에 따라 가열 온도가 상이할 수 있다. 제어부는 제1~제3 히터(510~530)의 온도를 독립적으로 제어함으로써, 반응로(500)의 수직 방향에 따른 온도를 원하는 조건에 맞게 조절할 수 있다.The reaction furnace 500 independently controls the temperature of the first heater 510, the second heater 520, the third heater 530, and the first to third heaters 510 to 530 arranged in the vertical direction. It may include a possible control unit (not shown). Since the reactor 500 has a cylindrical shape extending in the vertical direction, the heating temperature may be different depending on the position in the vertical direction in the reactor 500. The control unit may independently control the temperature of the first to third heaters 510 to 530 to adjust the temperature in the vertical direction of the reactor 500 according to a desired condition.

포집부(600)는 반응로(500)의 하측 개구부를 통해 배출되는 산화된 바이오매스의 비산재를 수용한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 포집부(600)는 반응로(500)의 하측 개구부에 위치한다. 이에 따라, 반응로(500)의 내부에서 바이오매스가 연소되어 발생한 비산재가 중력 방향으로 떨어지면 포집부(600)에 수용될 수 있다.The collection unit 600 accommodates fly ash of oxidized biomass discharged through the lower opening of the reactor 500. As shown in FIG. 1, the collecting part 600 is located in the lower opening of the reactor 500. Accordingly, if the fly ash generated by the combustion of biomass inside the reactor 500 falls in the direction of gravity, it may be accommodated in the collecting unit 600.

포집부(600)는 화력발전소의 연소 보일러 내부의 열교환기에 해당할 수 있다. 연료가 연소되면 고온의 가스가 생산됨과 동시에 비산재가 발생하는데 이 중 용융온도가 낮아 고온에서 끈적끈적한 상태가 되는 비산재는 포집부(600)에 달라붙어 파울링을 형성하고 용융온도가 높아 고온에서도 녹지 않는 비산재는 포집부(600)를 지나 사이클론(700)으로 이동하게 된다. 비산재의 이러한　파울링 형성은 실제 화력발전소 연소 보일러 내 열교환기에서도 발생하여열교환기의 열교환 효율을 떨어뜨리고 심각한 경우 열교환기가 비산재로 막혀 발전소 가동을 멈추게 하는 원인이 될 수 있다.The collecting unit 600 may correspond to a heat exchanger in a combustion boiler of a thermal power plant. When the fuel is burned, high-temperature gas is produced and fly ash is generated. Among these, fly ash, which becomes sticky at high temperature due to its low melting temperature, sticks to the collecting part 600 to form fouling and is melted even at high temperatures due to its high melting temperature. The non-flying ash passes through the collection unit 600 and moves to the cyclone 700. Such fouling of fly ash occurs in the heat exchanger in the actual thermal power plant combustion boiler, lowering the heat exchange efficiency of the heat exchanger, and in serious cases, the heat exchanger may be blocked by fly ash and cause the power plant to stop operating.

사이클론(700)은 포집부(600)를 통과한 비산재를 포집한다. 전술한 바와 같이, 반응로(500)에서 바이오매스가 연소함으로써 발생한 비산재는 1차적으로 포집부(600)에 수용되며, 포집부(600)에 수용되지 못한 비산재는 사이클론(700)에 수집될 수 있다. 너무 많은 비산재가 후단으로 이동하면 필터(800)가 쉽게 막히고 비산재가 진공 펌프(1100)로 들어가면 문제가 될 수 있기 때문에, 큰 사이즈의 비산재들을 미리 걸러주는 기능을 수행한다.The cyclone 700 collects fly ash that has passed through the collection unit 600. As described above, the fly ash generated by the combustion of biomass in the reactor 500 is primarily accommodated in the collecting unit 600, and the fly ash that is not accommodated in the collecting unit 600 may be collected in the cyclone 700. have. If too much fly ash is moved to the rear end, the filter 800 is easily clogged, and if fly ash enters the vacuum pump 1100, it may become a problem, so it performs a function of pre-filtering large size fly ash.

복수의 필터(800)는 각각이 일정한 크기의 개구부를 가지며, 사이클론(700)으로부터 멀어짐에 따라 개구부의 크기가 작도록 배열되어 사이클론(700)를 통과한 비산재를 크기에 따라 구분한다. 예를 들어, 필터(810)의 개구부의 사이즈는 10um, 필터(820)의 개구부의 사이즈는 2.5um, 필터(830)의 개구부의 사이즈는 1.2um, 필터(840)의 개구부의 사이즈는 0.45um일 수 있다. 이에 따라, 입자 사이즈가 10um보다 큰 비산재는 필터(810)에 걸러지고, 입자 사이즈가 2.5um~10um인 비산재는 필터(820)에 걸러지고, 입자 사이즈가 1.2um~2.5um인 비산재는 필터(830)에 걸러지고, 입자 사이즈가 0.45um~1.2um인 비산재는 필터(840)에 걸러질 수 있다. 다만, 필터(810~840)는 예시에 불과하며, 필터의 개수나 각 필터의 개구부의 사이즈는 다양하게 변경될 수 있다.Each of the plurality of filters 800 has an opening of a predetermined size, and is arranged so that the size of the opening is small as it moves away from the cyclone 700 to classify the fly ash that has passed through the cyclone 700 according to the size. For example, the size of the opening of the filter 810 is 10um, the size of the opening of the filter 820 is 2.5um, the size of the opening of the filter 830 is 1.2um, and the size of the opening of the filter 840 is 0.45um Can be Accordingly, fly ash having a particle size larger than 10 um is filtered through the filter 810, fly ash having a particle size of 2.5 um to 10 um is filtered through the filter 820, and fly ash having a particle size of 1.2 um to 2.5 um is filtered ( Fly ash filtered by 830) and having a particle size of 0.45um to 1.2um may be filtered by the filter 840. However, the filters 810 to 840 are only examples, and the number of filters or the size of the openings of each filter may be variously changed.

입자 분석기(900)는 복수의 필터(810~840)에 걸러지거나 복수의 필터(810~840)를 통과한 비산재를 분석한다. 이에 따라, 바이오매스의 연소시 연료의 특성에 따른 비산재의 퇴적 현상과 미세먼지의 특성을 측정할 수 있다. 예를 들어, 입자 분석기(900)는 복수의 필터(810~840)에 걸러진 비산재의 양과 복수의 필터(810~840)를 통과한 비산재의 양을 분석함으로써, 입자의 크기별 양을 알 수 있다. 또한, 입자 분석기(900)는 복수의 필터(810~840)에 걸러진 비산재의 성분과 복수의 필터(810~840)를 통과한 비산재의 성분을 분석함으로써, 입자의 크기별 성분을 알 수도 있다.The particle analyzer 900 analyzes the fly ash that has been filtered through the plurality of filters 810 to 840 or passed through the plurality of filters 810 to 840. Accordingly, it is possible to measure the deposition phenomenon of fly ash and the characteristics of fine dust according to the characteristics of the fuel during combustion of biomass. For example, the particle analyzer 900 analyzes the amount of fly ash that has been filtered through the plurality of filters 810 to 840 and the amount of fly ash that has passed through the plurality of filters 810 to 840, so that the amount of each particle size can be known. In addition, the particle analyzer 900 analyzes the components of the fly ash that has been filtered through the plurality of filters 810 to 840 and the components of the fly ash that has passed through the plurality of filters 810 to 840, so that the component for each size of the particles may be known.

진공 펌프(1100)는 복수의 필터(810~840) 중 개구부의 크기가 가장 작은 필터(840)에 연결되어, 반응로(500) 내의 가스를 흡입하여 외부로 배출한다. 이에 따라, 반응로(500) 내에서 생성되는 가스들이 층류 유동장에 영향을 미치는 것이 방지된다.The vacuum pump 1100 is connected to a filter 840 having the smallest opening among the plurality of filters 810 to 840, and sucks gas in the reactor 500 and discharges it to the outside. Accordingly, gases generated in the reactor 500 are prevented from affecting the laminar flow field.

MFC(1000)는 진공 펌프(1100)와 개구부의 크기가 가장 작은 필터(840)의 사이에 연결되어, 진공 펌프(1100)가 흡입하는 가스의 양을 조절한다.The MFC 1000 is connected between the vacuum pump 1100 and the filter 840 having the smallest opening size, and controls the amount of gas sucked by the vacuum pump 1100.

도 2는 도 1의 투입부(200)의 구성도이다.2 is a configuration diagram of the input unit 200 of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 투입부(200)는, 수평 방향으로 연장되며 내부가 빈 스프링 형상을 갖는 스프링축(220)과, 스프링축(220)의 일단에 결합되어 스프링축(220)을 회전시키는 회전부(240)를 포함한다. 스프링축(220)은 탄성을 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다. 투입부(200)는 바이오매스가 저장된 저장부(210)를 더 포함하며, 저장부(210)의 측벽에 회전부(240)가 위치하고, 저장부(210)를 가로질러 스프링축(220)이 위치할 수 있다. Referring to FIG. 2, the input unit 200 is coupled to one end of the spring shaft 220 and a spring shaft 220 extending in a horizontal direction and having an empty spring shape, and rotating the spring shaft 220. It includes a rotating part 240. The spring shaft 220 may or may not have elasticity. The input unit 200 further includes a storage unit 210 in which biomass is stored, and a rotation unit 240 is located on the sidewall of the storage unit 210, and the spring shaft 220 is located across the storage unit 210 can do.

회전부(240)에 의해 스프링축(220)이 회전함에 따라, 스프링축(220) 내부의 바이오매스가 스프링축(220)의 타단 방향으로 이동되어 반응로(500)의 상측 개구부에 투입된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스프링축(220)의 타단에는 제1 바이오매스 공급관(310)이 연결될 수 있으며, 이에 따라 스프링축(220) 내부의 바이오매스는 제1 바이오매스 공급관(310) 및 제1 바이오매스 공급관(310)에 연결된 제2 바이오매스 공급관(320)을 거쳐 반응로(500)의 상측 개구부에 투입될 수 있다.As the spring shaft 220 rotates by the rotation part 240, the biomass inside the spring shaft 220 is moved in the direction of the other end of the spring shaft 220 and is injected into the upper opening of the reactor 500. 1 and 2, a first biomass supply pipe 310 may be connected to the other end of the spring shaft 220, and accordingly, the biomass inside the spring shaft 220 is a first biomass supply pipe ( 310) and the second biomass supply pipe 320 connected to the first biomass supply pipe 310 may be introduced into the upper opening of the reactor 500.

바이오매스는 특성상 파우더 형태로 만들기 어렵고 섬유질을 포함한다. 이에 따라, 스프링축(220) 대신 단순한 막대 형상의 축을 이용하는 경우에는 축 둘레에 바이오매스의 섬유질이 엉겨붙어 바이오매스가 원활하게 공급되지 못한다. 본 실시예에서 스프링축(220)은 내부가 빈 스프링 형상이기 때문에 바이오매스의 섬유질이 엉겨붙지 않으며, 내부의 바이오매스를 타단 방향으로 밀어낼 수 있다. 이에 따라, 투입부(200)는 바이오매스를 효과적으로 공급할 수 있다. 상기 투입부를 이용하면 석탄, 하수슬러지, 초본계 및 목본계 바이오매스, 해양 바이오매스 등 다양한 물성을 갖는 연료의 투입이 가능하다.Biomass is difficult to make into powder form due to its nature and contains fiber. Accordingly, when a simple rod-shaped shaft is used instead of the spring shaft 220, fibers of biomass are entangled around the shaft, so that the biomass cannot be supplied smoothly. In this embodiment, since the spring shaft 220 has an empty spring shape, the fibers of the biomass do not stick together, and the internal biomass can be pushed in the direction of the other end. Accordingly, the input unit 200 can effectively supply biomass. Using the input unit, it is possible to input fuels having various physical properties such as coal, sewage sludge, herbaceous and woody biomass, and marine biomass.

투입부(200)는, 수평 방향으로 연장되며 내부가 빈 스프링 형상을 갖고, 상기 스프링축의 직경보다 큰 직경을 갖고 스프링축(220)을 둘러싸도록 형성되며, 상기 회전부에 일측이 결합되어 상기 스프링축과 함께 회전되는 혼합부(230)를 더 포함할 수 있다. 혼합부(230)는, 스프링축(220)의 단위 길이당 권선수보다 적은 단위 길이당 권선수를 가질 수 있다. The input unit 200 extends in a horizontal direction and has a shape of an empty spring, has a diameter larger than the diameter of the spring shaft, and is formed to surround the spring shaft 220, and one side is coupled to the rotation part to the spring shaft. It may further include a mixing unit 230 rotated together with. The mixing unit 230 may have a number of windings per unit length that is less than the number of windings per unit length of the spring shaft 220.

바이오매스는 유동성이 적기 때문에, 스프링축(220) 내부의 바이오매스가 투입되어 빈 공간이 생기더라도 주변의 바이오매스가 빈 공간으로 잘 유입되지 않는다. 본 실시예에서는 스프링축(220)의 둘레에 혼합부(230)를 구비하고 스프링축과 함께 혼합부(230)를 회전시킴으로써, 스프링축(220) 주위의 바이오매스에 유동성을 가하여 스프링축(220) 내부로 바이오매스가 원활하게 이동하도록 한다. 이때, 혼합부(230)의 스프링 간격은 스프링축(220)의 스프링 간격보다 크기 때문에, 바이오매스와 혼합부(230) 간의 마찰이 적은 상태에서 혼합부(230)의 회전이 가능하며, 혼합부(230) 외측의 바이오매스가 혼합부(230)를 지나 스프링축(220)의 내부로 유입될 수 있다.Since biomass has low fluidity, even if the biomass inside the spring shaft 220 is introduced to create an empty space, the surrounding biomass does not flow into the empty space well. In this embodiment, the mixing unit 230 is provided around the spring shaft 220 and the mixing unit 230 is rotated together with the spring shaft, thereby applying fluidity to the biomass around the spring shaft 220 and thus the spring shaft 220 ) Allows biomass to move smoothly inside. At this time, since the spring gap of the mixing part 230 is larger than the spring gap of the spring shaft 220, the mixing part 230 can be rotated in a state where the friction between the biomass and the mixing part 230 is small, and the mixing part (230) The biomass from the outside may pass through the mixing unit 230 and flow into the inside of the spring shaft 220.

다음으로, 도 1 및 도 2의 비산재 분석 장치를 이용한 실험 결과에 대하여 설명한다.Next, the experimental results using the fly ash analysis device of FIGS. 1 and 2 will be described.

입자 사이즈가 75um 이하인, 바이오매스를 포함하는 시료가 투입속도 0.45g/min으로 투입부(200)를 통해 공급되었다. 예열부(400)는 900℃로 가열되고 반응로(500)는 1300℃로 가열되었다. 시료의 투입이 안정된 후 약 10분간 700~900℃의 온도를 갖는 포집부(600)에서 회분을 채취하였다. 연소를 위해 공기비(Air-Fuel ratio)는 1.2로 설정되었다.A sample containing biomass having a particle size of 75 μm or less was supplied through the input unit 200 at an input rate of 0.45 g/min. The preheating unit 400 was heated to 900°C and the reaction furnace 500 was heated to 1300°C. After the addition of the sample was stabilized, the ash was collected from the collecting unit 600 having a temperature of 700 to 900°C for about 10 minutes. For combustion, the Air-Fuel ratio was set to 1.2.

도 3a 및 도 3b는 바이오매스를 포함하는 시료 A 및 B를 각각 이용한 경우, 포집부(600)의 사진, 반응로(500)에 투입된 투입량, 포집부(600)에 융착된융착량 및 투입량에 대한 융착량을 포집부(600)의 온도(700℃, 800℃, 900℃)에 따라 나타낸 표이다. 본 실험에서 시료 A로는 아역청탄이 이용되었고, 시료 B로는 바이오매스 3%를 포함하는 석탄이 이용되었다.3A and 3B show a photograph of the collecting part 600, the amount of input into the reaction furnace 500, the amount of fusion fused to the collecting part 600, and the amount of input when samples A and B containing biomass are used respectively. It is a table showing the amount of fusion to the collecting part 600 according to the temperature (700°C, 800°C, 900°C). In this experiment, sub-bituminous coal was used as Sample A, and coal containing 3% biomass was used as Sample B.

시료 A와 시료 B 모두 포집부(600)의 온도가 상승할수록 회분의 융착 현상이 두드러지게 증가되었다. 이로부터, 일반적으로 포집부의 온도가 높을수록 회분 융착 현상이 가속화되고 회분의 성분들끼리 응집되어 파울링이 생성되는 것을 알 수 있다. 파울링의 생성 원인은 다양하지만 주로 칼륨와 같은 알칼리계열의 금속에 의해 발생되는 것으로 알려져 있다. 회분의 칼륨 성분이 어떤 화학적 결합을 나타내느냐에 따라 그 녹는점이 달라지지만, 대체로 1,000℃ 이하의 온도에서 칼륨 성분이 용융된다. 이러한 특성으로부터 연소 시스템의 운전 온도, 재질을 결정할 수 있다.In both Samples A and B, as the temperature of the collecting part 600 increased, the fusion of ash was significantly increased. From this, in general, it can be seen that the higher the temperature of the collecting portion, the faster the ash fusion phenomenon is accelerated, and the ash components are aggregated and fouling is generated. There are various causes of fouling, but it is known to be mainly caused by alkali metals such as potassium. The melting point varies depending on the chemical bonds of the potassium component of the ash, but the potassium component melts at a temperature of 1,000°C or less. From these characteristics, the operating temperature and material of the combustion system can be determined.

도 3a 및 도 3b로부터 알 수 있듯이, 회분 융착율은 시료 B가 시료 A에 비해 다소 낮게 측정되었다. As can be seen from FIGS. 3A and 3B, the ash fusion rate was measured slightly lower in Sample B than in Sample A.

도 4는 포집부(600)에 융착된 시료 A 및 B의 화학적 특성을 분석한 결과를 나타낸다. 본 실험에서 시료 A로는 바얀 석탄(Bayan coal)이 이용되었고, 시료B로는 당밀 3%를 포함하는 HCK가 이용되었다.4 shows the results of analyzing the chemical properties of samples A and B fused to the collecting part 600. In this experiment, Bayan coal was used as Sample A, and HCK containing 3% molasses was used as Sample B.

SEM-EDX 분석결과, 시료 A 및 B 모두에서 상부층에는 상대적으로 Al, Si 성분의 함량이 높았고, 하부층에는 상대적으로 알칼리 금속인 K 성분의 함량이 높았다. 이는, 칼륨과 같은 녹는점이 낮은 금속성분이 먼저 휘발되어 발전 설비에 먼저 융착되어 점착 영역(sticky zone)을 형성하고, 이후에 휘발되는 금속 성분들이나 입자상으로 비산되어 배출되는 Al, Si 성분들이 지속적으로 증착하고 성장하는 것으로 해석된다. As a result of SEM-EDX analysis, in both samples A and B, the content of Al and Si components was relatively high in the upper layer, and the content of K component, which is an alkali metal, was relatively high in the lower layer. This means that a metal component with a low melting point such as potassium is first volatilized and first fused to a power generation facility to form a sticky zone, and then the vaporized metal components or Al and Si components scattered and discharged continuously It is interpreted as depositing and growing.

XRD 분석 결과,시료 A 및 B모두에서 석영이 많은 것으로 검출되었다.As a result of XRD analysis, a large amount of quartz was detected in both samples A and B.

도 5는 시료 A를 이용한 경우 필터(810~840)의 이미지와 반응 전후의 무게 변화 및 SEM-EDX 이미지를 촬영한 결과이고, 도 6은 SEM-EDX 성분 분석 결과를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a result of photographing images of filters 810 to 840, weight change before and after reaction, and SEM-EDX images when Sample A is used, and FIG. 6 is a diagram showing the results of SEM-EDX component analysis.

도 6에 의하면, 화학 성분 함량에 따라 미세먼지의 원인이 되는 회분의 입경 및 모양이 상이한 것을 알 수 있다. #1과 같은 구형 모양의 성분은 대부분 Fe로 분석되었으며, #2는 길쭉한 타원 모양의 미세먼지로 대부분 Si 성분인 것으로 분석되었다. #3과 #4는 다양한 성분들이 서로 응집된 것을 확인할 수 있었다.According to FIG. 6, it can be seen that the particle size and shape of ash, which causes fine dust, are different depending on the content of chemical components. Most of the spherical components such as #1 were analyzed as Fe, and #2 was analyzed to be mostly Si components as elongated oval-shaped fine dust. In #3 and #4, it was confirmed that various components were aggregated with each other.

이상, 본 발명의 실시예에 관하여 구체적으로 설명하였다. 그러나, 관련 기술분야에서의 통상의 기술자는 다른 구성요소들 및 구성들이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.In the above, examples of the present invention have been described in detail. However, those of ordinary skill in the art will recognize that other components and configurations may be used without departing from the spirit and scope of the present invention.

Claims (4)

바이오매스가 투입되는 투입부;
수직 방향으로 연장되며, 상기 투입부와 연결되는 상측 개구부와, 하측 개구부를 갖는 통 형상으로 이루어지며, 상기 투입부에 의해 투입된 바이오매스를 가열하여 산화시키는 반응로;
상기 하측 개구부를 통해 배출되는 산화된 바이오매스의 비산재를 수용하기 위한 포집부;
상기 포집부를 통과한 비산재를 포집하는 사이클론;
각각이 일정한 크기의 개구부를 가지며, 상기 사이클론으로부터 멀어짐에 따라 개구부의 크기가 작도록 배열되어, 상기 사이클론을 통과한 비산재를 크기에 따라 구분하는 복수의 필터;
상기 복수의 필터 중 개구부의 크기가 가장 작은 필터에 연결되며, 상기 반응로에서 생성된 가스를 흡입하여 외부로 배출하는 진공펌프; 및
상기 복수의 필터에 걸러지거나 상기 복수의 필터를 통과한 비산재를 분석하는 입자 분석기
를 포함하는, 미세먼지의 원인이 되는 비산재 분석 장치.An input unit into which biomass is input;
A reactor extending in a vertical direction and formed in a cylindrical shape having an upper opening connected to the input unit and a lower opening, and heating and oxidizing the biomass input by the input unit;
A collection unit for receiving fly ash of the oxidized biomass discharged through the lower opening;
A cyclone collecting fly ash that has passed through the collecting unit;
A plurality of filters each having an opening of a predetermined size and arranged to have a smaller size as the opening is further away from the cyclone, and for separating the fly ash passing through the cyclone according to size;
A vacuum pump connected to a filter having the smallest opening of the plurality of filters, and sucks gas generated in the reaction furnace and discharges it to the outside; And
Particle analyzer that analyzes fly ash that has been filtered through the plurality of filters or has passed through the plurality of filters
Containing, fly ash analysis device that causes fine dust. 제1항에 있어서,
상기 투입부는,
수평 방향으로 연장되며 내부가 빈 스프링 형상을 갖는 스프링축과,
상기 스프링축의 일단에 결합되어 상기 스프링축을 회전시키는 회전부
를 포함하며,
상기 회전부에 의해 상기 스프링축이 회전함에 따라, 상기 스프링축 내부의 바이오매스가 상기 스프링축의 타단 방향으로 이동되어 상기 반응로의 상측 개구부에 투입되는 것을 특징으로 하는 비산재 분석 장치.The method of claim 1,
The input unit,
A spring shaft extending in a horizontal direction and having an empty spring shape,
Rotating part coupled to one end of the spring shaft to rotate the spring shaft
Including,
As the spring shaft rotates by the rotation unit, the biomass inside the spring shaft is moved in the direction of the other end of the spring shaft and is introduced into the upper opening of the reaction furnace. 제2항에 있어서,
상기 투입부는,
수평 방향으로 연장되며 내부가 빈 스프링 형상을 갖고, 상기 스프링축의 직경보다 큰 직경을 갖고 상기 스프링축을 둘러싸도록 형성되며, 상기 회전부에 일측이 결합되어 상기 스프링축과 함께 회전되는 혼합부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비산재 분석 장치.The method of claim 2,
The input unit,
A mixing unit that extends in a horizontal direction and has a hollow inner spring shape, has a diameter larger than the diameter of the spring shaft, is formed to surround the spring shaft, and is coupled to one side of the rotating part to rotate with the spring shaft
Fly ash analysis device, characterized in that it further comprises. 제3항에 있어서,
상기 혼합부는, 상기 스프링축의 단위 길이당 권선수보다 적은 단위 길이당 권선수를 갖는 것을 특징으로 하는 비산재 분석 장치.The method of claim 3,
The mixing unit, the fly ash analysis device, characterized in that the number of turns per unit length less than the number of turns per unit length of the spring shaft.
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