KR20000075661A - 플라이 애시로부터 탄소를 분리하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법 및 그 장치는, 최적습도범위내에서 플라이 애시의 상대습도를 증가시키거나 플라이 애시의 상대습도를 감소시키는 것 중 하나를 포함하고, 최적습도범위내에 있는 플라이 애시를 마찰전기 분리기로 도입시켜서 탄소입자들과 플라이 애시를 마찰전기적으로 대전시키고, 대전된 플라이 애시로부터 대전된 탄소입자들을 정전기적으로 분리하는 것을 포함하고 있다.

Description

플라이 애시로부터 탄소를 분리하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATION OF CARBON FROM FLYASH}

세계적으로 전기를 발생하기 위하여 거대한 석탄양이 연소되고 있다.

일반적으로, 석탄은 미세한 분말로 부서져서 공기에 의해서 보일러로 운반되고, 분말이 연소하여 발생되는 열은 동력 터빈에 수증기를 생성시키거나 전기를 발생시키는 데 사용된다. 보일러에서, 석탄에 있는 탄소질의 구성요소는 연소되면서 열을 방출한다. 일반적으로, 불연물질은 높은 온도로 가열되면 녹아서 보일러의 밖으로 플라이 애시로서 빠져나온다. 이 플라이 애시는 일반적으로 연도 가스(flue gas)가 굴뚝(stack)에 이르기 전에 수집되고, 대기로 분산된다. 예를 들면, 1,000 MW 전력소는 시간당 500톤의 석탄을 연소시킬 수 있다. 전세계에 도처에서 연소되는 많은 석탄 중 10%가 애시 레벨이다. 플라이 애시는 공업지대 도처에서 매우 많이 생성되고 있다.

전력소를 경제적으로 설계하기 위해서는 반드시 자본금과 운영자금사이의 절충안이 필요하다. 석탄을 가루로 만들어 완전하게 연소시키는 데 드는 설비의 비용은, 석탄이 연소될 때 유리되는 B.T.U값과 가루로 되기 이전의 석탄비용으로 된다. 게다가, 최근에는 커다란 상용 전력소들이 석탄을 연소시킴으로써 생성되는 대기오염등의 요인이 중요해져가고 있다. 전력소들은 대기오염을 감소시키기 위해서 질소산화물(nitrous oxide) 배출을 감소시키려고 노력하고 있다. 질소산화물은 산소와 질소를 고온에서 반응시켜서 고온상태에서 존재하고 있다. 질소산화물 배출을 감소시키는 한 방법은, 보일러의 온도를 감소시켜서 여분의 산소를 감소시키는 것이다. 이 방법은 일반적으로 저온 질소산화물 연소기(Low NOx Burner)라 불리우는 것을 활용하여 행해진다. 많은 보일러 전력소들은 이러한 저온 질소산화물 연소기를 제조하여 설치하는 방법으로 많은 유용성을 얻을 수 있었다. 그러나, 온도와 연소기내에 있는 여분의 산소를 감소시키는 역효과로 인하여, 보일러 밖으로 배출되는 플라이 애시에서 연소되지 않는 탄소가 증가하게 되었다.

고온의 보일러와 플라이 애시의 연속적인 퇴적때문에 불연 광물의 통행이 보일러관 통로에서 제지되고, 이로 인하여 석탄내의 불활성 점토와 혈암 광물(shale minerals)이 유리형상 세라믹타입 물질로 변환된다. 이러한 유리형상 무기입자의 특성은 시멘트 물질을 형성하고 있는 석회와 반응한다는 것이다. 플라이 애시의 화산회적 특성은 산업적으로 광범위하게 개발되었고, 예를 들면, 시멘트가 수화되는 동안 플라이 애시는 콘크리트와 합쳐지고, 시멘트의 일부를 대체하여 플라이 애시는 유리된 석회와 반응하여서, 덜 유리된 석회와 강한 콘크리트로 내황산염이고 값이 싼 시멘트결합 물질을 생성해낸다. 콘크리트속에 있는 화산회와 같은 플라이 애시를 사용하는 잇점은 큰 부피의 쓰레기를 큰 부피의 사용가능한 물질로 변환시킨다는 것이다. 시멘트를 치환하여 콘크리트내의 플라이 애시를 사용하는 또 다른 잇점은, 시멘트 생성량이 감소된다는 것이다. 시멘트는 일반적으로 칼슘, 알루미나, 실리카등의 광물 원료로부터 생산된다. 시멘트가 생산될 때, 이러한 광물들은 시멘트 가마에서 결합하여 초기 용해를 위해서 가열된다. 그러나, 시멘트 1톤이 생산되기 위해서는, 채굴된 2톤의 광물과, 대기로 방출되는 1톤의 CO₂(석탄으로부터 일부분이 생성되고, 칼슘 원료로서 사용되는 석회암으로부터 일부분이 생성됨)가 필요하게 된다. 그러므로, 플라이 애시를 시멘트로 대체하는 또 다른 잇점은 CO₂의 배출을 감소시킨다는 것이다. 구체적으로 사용되는 플라이 애시 1톤을 위해서 1톤 미만의 CO₂가 배출된다.

콘크리트내에 있는 플라이 애시의 사용은 특정한 물리적 특성을 갖고 있는 플라이 애시이어야 한다. 미국 실험물질협회는 C618 설명서에서 탄소함량을 6% 미만으로 규정하고 있다. 그러나, 이 설명서에 상한이 있다고 해도, 모든 사용자들은 가능한한 낮은 탄소함량을 원한다. 유감스럽게도, 저온 질소산화물 연소기로 인하여 보일러 밖으로 배출되는 플라이 애시속의 탄소 증가는, 플라이 애시 탄소레벨이 플라이 애시 사용자들에게 잠재적으로 정의되어 있는 허용범위를 넘게 한다. 그러므로, 대기중에서 질소산화물, CO₂을 감소시키는 것이 문제로 되고 있다. 따라서, 플라이 애시(예를 들면, 저온 질소산화물 연소기로부터 생성된 플라이 애시)로부터 탄소를 제거하는 것은 콘크리트에 플라이 애시를 사용하고, 상용 전력소에서 쓰레기 처분문제를 해결하는 데 도움을 주고, 콘크리트 생산자에게 시멘트보다 낮은 비용의 물질을 사용할 수 있게 하고, CO₂배출을 감소시켜 환경에 도움을 주도록 한 것이다.

저온 연소, 부유 선광법, 입자크기 분류법, 정전기 분리법 등를 포함하여 플라이 애시로부터 탄소를 제거하는 방법이 많이 제안되어 왔다. 정전기 분리법은 입자의 전기적 특성을 기초로 하여 분리하는 다른 기술을 포함하고 있다. 정전기 분리법의 하나의 타입은 도체/비도체 분리이고, 이것은 비슷하지 않은 입자들사이의 전도성 차이에 의존하는 것이다. 일반적으로, 입자들은 코로나 방전 또는 전도성 표면에 접촉하는 것에 의해서 대전되고, 전도성 표면에 접촉하고 있는 입자로 또는 입자로부터의 전하흐름속도는 받아들여지는 입자들과 거부되는 입자들로 결정된다. 이러한 타입의 분리기는 예를 들면, 노만 L. 웨이스에 의해서 출판된 미국 광업, 야금 및 석유 엔지니어 협회의 1985년판 광물엔지니어협회(SME) 광물처리 핸드북의 제6장(학술대회 카달로그 자료실 카드번호 85-072130)에 설명되어 있다. 그러나, 이러한 도체/비도체 타입 분리기에는 전도성 표면에 각각의 입자 모두가 접해야 한다는 문제가 있다. 전도성 표면에 미세한 입자를 접하게 하기 위해서는 예를 들면, 전도성 표면에 입자가 부착해야 하고, 입자 두께 몇배의 표면영역위에 있는 분리기 용량에 따라 분리기 용량이 감소되는 등의 어려움이 있다.

정전기 분리방법의 또 다른 타입은 접촉전하를 사용하는 것이며, 이하 마찰 정전기 분리기라 칭한다. 이 방법에서도, 광물엔지니어협회(SME) 광물처리 핸드북에서 설명되어 있듯이, 입자들은 서로서로 접촉되어 대전되어있다. 이것은 전도성 표면에 접촉하지 않고, 더 작은 크기의 입자들을 분리하는 원리로 되어 있다. 광물엔지니어협회(SME) 광물처리 핸드북에서는, 저자의 실제 경험을 기초로 하여 이러한 타입의 분리기에서 20 미크론의 하한을 두고 있다. 그러나, 미국 특허 4,839,032와 4,874,507에서 휘틀락이 설명하고 있는 마찰전기 역류 벨트타입 분리기는, 20미크론보다 더 미세한 입자들을 성공적으로 완전히 분리시켰고, 플라이 애시로부터 탄소를 분리시키고 있다(예를 들면, 1993년에 발행된 휘틀락의 "플라이 애시로부터 연소되지 않은 탄소의 정전기적 분리" "제10회 국제 애시사용 심포지엄 회보 제2권, pp.70-1--70-12)

과학문헌과 엔지니어링 문헌에는 관찰을 위한 낮은 주위습도와 정전기 효과의 중요성에 대한 광범위한 논의가 있다. 그 이유는 고체표면상의 물의 피막은 전도성으로 되고, 이 표면 전도는 입자로 어떤 전하를 번지게 하여 분리가 안되게 한다. 게다가, 이 문헌에서는 미세한 입자가 수분을 흡수하여 흡수된 수분으로 인하여 응집되는 것을 설명하고 있다. 따라서, 수분으로 인하여 물의 전도성 피막과 입자가 응집되는 연합효과는 습도가 낮은 지역에서 정전기 분리기를 작동시켜야 한다. 예를 들면, 헤빌론 외의 발명자들이 발명한 미국 특허 5,513,755호에서 입자의 응집을 피하기 위해서 낮은 습도의 중요성을 설명하였다. 구체적으로, 헤빌론 외 발명자들은 전도성 벨트에 접촉하거나 유도시키는 것에 의해서 탄소 입자들을 대전시키고, 그 대전된 탄소입자들이 전도성 벨트를 이동하는 도중에 전도성 벨트의 아래에 배치된 비터 바(beater bar)로 플라이 애시층을 교반시켜서 플라이 애시의 층으로부터 배출시키도록 하였다. 이 대전된 탄소입자들은 전극에 접촉하게 되고, 이 접촉에 의해서 정반대의 전하를 띠게 되었다고 가정하자. 정반대의 전하를 띤 입자는 아래로 이동하여 전극 외부로 이동되어 바깥쪽으로 후퍼 또는 빈으로 거절된 생성물을 이동시킨다. 그러므로, 해빌론 외의 발명자들이 만든 정전기 분리기는 도체/비도체 타입으로, 대전되는 탄소 입자들의 전도성과 대전되지 않은 비전도의 애시 광물에 따라 다르며, 상기한 바와 같은 불리한 점을 갖고 있다.

원격 수집 빈으로부터 정전기 분리기로 플라이 애시를 운반하는 운반공기의 가열에는, 예를 들면, 수분이 없는 플라이 애시의 벌크 공기 운반에 사용되는 공기의 가열은 보통 전기사용 산업에서 행해진다. 대안으로, 헤빌론 외의 발명자들은 정전기 분리기의 전도성 벨트위의 얇은 층에 있는 플라이 애시를 호퍼에 전달하기 전에 가열기를 사용하는 것을 설명하고, 그 가열기는 탄소와 애시사이의 표면 결합을 깨뜨릴정도로 플라이 애시를 충분히 높은 온도로, 노점이상으로 가열하여 수분을 없앤다. 이것은 예를 들면, 1984년에 마가로우 힐이 발행한 페리의 화학공학 핸드북 제6판에 설명되어 있듯이 설명한 입자의 집합에서 물의 진자상태에 관한 관계이다. 즉, "작은 양의 액체가 입자들의 접촉점에서 불연속적인 렌즈모양 링을 유지하고 있다"는 것이다. 물의 렌즈모양 브리지 크기는 물의 표면장력(T), 현재 물의 양에 따라 다르다. 켈빈 공식(1)에 따르면, 표면장력(T)은 압력차(P) 또는모세관 흡수와 초생달모양의 커브표면을 가로지르는 곡률반경(R)의 함수이다.

(1) P = 2T/R

M,E. 페이드와 L. 오텐에 의해서 1984년에 발행된 분말학과 분말기술의 핸드북 중 7.2장 "응집결합과 강도"(반 노스트란드, 학술대회 자료실 번호 83-6828)에서 W.B.피에츠샤는, 입자들의 표면거칠기가 진자결합의 크기를 초과할 때, 액체 브리지는 더 큰 입자들을 깨고 입자들을 유지하고 있는 힘이 감소된다고 설명하였다. 아마도, 이것은 탄소와 플라이 애시사이에서 "결합이 깨지는 것"에 필요한 수분 레벨을 나타내고 있는 것이다.

그러나, 헤빌론 외의 발명자들은 어떠한 수분 레벨 측정치나 전도성에 기초하여 분리기를 작동시키기 위한 수분레벨의 범위를 특정하고 있지는 않다. 게다가, 이 문헌은 단지 입자들의 자유로운 흐름을 촉진하기 위해서 수분의 제거를 논하였고, 비전도성 입자들위에 수분의 전도성 막을 피하기 위해서 수분을 제거하는 것을 논하고 있다. 이 문헌으로부터 낮은 습도가 이러한 문제들을 피할 수 있다는 것을 알 수 있으며, 습도가 낮을수록 더 좋다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 마찰전기 역류(counter current) 벨트타입 분리기를 사용하여 플라이 애시로부터 탄소를 분리하는 프로세스를 향상시키는 것에 관한 것이며, 더 자세하게는 분리기안으로 공급되는 플라이 애시의 상대습도를 최적습도 범위내로 조절하는 것에 관한 것이다.

앞서 말한 것과 또 다른 목적들, 잇점들은 첨부된 도면으로부터 충분히 이해될 수 있다.

도1은 마찰정전기 역류벨트 분리기내에 있는 애시 운반시스템, 애시 저장시스템, 애시 처리시스템을 설명하는 석탄연료 전력소의 개략도이다.

도2는 여러 온도, 기압이 29.92Hg 일때의 공기와 수증기의 특성을 표시하는 습도차트이다.

도2A는 1파운드당 건조공기 대 물온도의 엔탈피를 표시하는 차트이다.

도3은 여러 플라이 애시 대 상대습도의 수분함유량의 그래프이다.

도4는 상대습도와 여러 물과 소금용액을 위한 곡률 반경에 따른 표이다.

도5는 두 표면사이에서 측정된 응착력을 상대습도의 함수로서 설명하는 도면이다.

도6은 다른 상대습도에서 여러 물질을 위한 체적과 표면저항력의 표이다.

도7은 저온 탄소 애시 생성물의 수율을 상대습도의 함수로서 표시한 그래프이다.

도8은 저온 탄소 애시에서 탄소함유량을 상대습도의 함수로서 표시한 그래프이다.

도9는 두개의 다른 온도에서 탄소 애시 생성물의 수율과 탄소함유량을 표시한 그래프이다.

도10은 석탄연료 전력소 개략도로서 본 발명에 따라서 애시의 상대습도를 증가시킨 몇 개의 실시예를 설명하고 있다.

도11은 석탄연료 전력소의 개략도로서 본 발명에 따라서 애시의 상대습도를 감소시킨 몇 개의 실시예를 설명하고 있다.

놀랍게도, 여기에서 상술하듯이, 플라이 애시와 연소되지 않은 탄소의 경우, 마찰전기 분리기를 사용하여 분리를 개선시키는 것은 플라이 애시의 최적 습도범위인 것을 알아내었다.

본 발명의 제1실시예에 따르면, 마찰전기 분리기로 공급되는 플라이 애시의 상대 습도는 미리 정해진 습도범위내로 유지되어 조절된다.

본 실시예의 방법에 따르면, 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법은 플라이 애시의 상대습도를 최적습도범위내에서 조절하는 단계와, 탄소입자들과 플라이 애시를 마찰전기적으로 대전시키기 위해서 마찰전기 분리기로 처리된 플라이 애시를 도입시키는 단계와, 대전된 플라이 애시로부터 대전된 탄소입자들을 마찰전기적으로 분리하는 단계를 포함하고 있다. 구체적으로, 상대습도는 원격수집 빈으로부터 마찰전기 분리기로 운반되는 플라이 애시를 운반하는 공기에 물을 첨가시킴으로써 증가될 수 있다. 택일적으로, 플라이 애시의 상대습도는 플라이 애시가 마찰전기 분리기로 들어가기 바로 전에 플라이 애시에 물을 첨가시킴으로써 증가될 수 있다. 게다가, 이러한 실시예 각각에서, 물은 액체상태이어도 되고 또는 수증기 상태이어도 된다.

또 다른 실시예에서, 플라이 애시의 상대습도는 최적습도범위내에서 감소될 수 있다. 구체적으로, 플라이 애시의 상대습도는, 원격수집 빈으로부터 수집기로 플라이 애시를 운반하는 공기운반시스템을 주위온도 이상으로 가열하고, 주위온도 이상으로 공기운반시스템을 유지시키고, 공기운반시스템을 계속 주위온도이상으로 유지시키면서 플라이 애시로부터 공기를 빼내고, 주위온도 이상에서 플라이 애시를 수집함으로써 감소될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 공기는 플라이 애시를 유체화시키기 이전에 가열된다.

본 발명의 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치에 따르면, 플라이 애시의 상대습도가 최적습도범위내에 있도록 수정하는 플라이 애시 처리수단을 포함하고 있다. 마찰전기 분리기는 플라이 애시 처리수단에 연결되어 있고, 플라이 애시 처리수단은 처리된 플라이 애시를 받아들이고, 탄소입자과 플라이 애시를 마찰전기적으로 대전시켜서, 대전된 플라이 애시로부터 대전된 탄소입자들을 정전기적으로 분리하도록 한다.

상기 장치의 하나의 실시예에서, 플라이 애시 처리수단은 원격수집 빈으로부터 분리기로 플라이 애시를 운반하는 공기를 운반하기 위하여 물을 첨가하는 수단을 포함하고 있다. 택일적으로, 플라이 애시 처리수단은, 플라이 애시가 분리기로 들어오기 바로 전에 또는 분리기로 공급되는 플라이 애시 수집 사일로내에서 플라이 애시에 물을 첨가하는 수단을 포함하고 있다.

또 다른 플라이 애시 처리수단은, 운반공기가 플라이 애시와 결합되기 전에, 원격수집 빈으로부터 분리기로 플라이 애시를 운반하는 운반공기를 가열하는 가열기이다. 택일적으로, 플라이 애시 처리수단은, 예를 들면, 역류 벨트타입 분리기로 들어오기 바로 전에 플라이 애시 수집 사일로에서 일단 수집된 플라이 애시를 유체화하는 가열공기를 위한 가열기이다. 이러한 실시예들 모두에서, 공기운반시스템과 플라이 애시 수집 사일로는 공기운반시스템과 공기저장시스템의 열손실을 감소시키기 위해서 서로 절연되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상용 전력소은, 석탄을 연소시켜 열을 발생하여 그 열로 전기를 만들어 내는 석탄연료 보일러를 갖고 있으며, 이 석탄연료 보일러는 연도가스와 함께 보일러 밖으로 배출되는 플라이 애시와 같은 불연물질을 생성한다. 또한, 상용 전력소은 석탄연료 보일러에 연결되어 연도가스로부터 플라이 애시를 수집하는 애시 분리시스템과, 애시 분리시스템으로부터 원격저장용기으로 수집된 플라이 애시를 운반하는 플라이 애시 운반시스템을 포함하고 있다. 또한, 전력설비는 최적습도범위내에서 플라이 애시의 상대습도를 증가시키는 것, 최적습도범위내에서 플라이 애시의 상대습도를 감소시키는 것 중 어느 하나의 수단과, 처리된 플라이 애시를 받아들이고 그 처리된 플라이 애시뿐만 아니라 처리된 플라이 애시내에 있는 탄소입자들을 마찰전기적으로 대전시켜서 대전된 플라이 애시로부터 대전된 탄소입자들을 분리하는 마찰전기 분리기를 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 목적 및 특성은, 첨부된 도면을 참조하여 이하에 기술되어 있는 상세한 설명으로부터 충분히 이해할 수 있다. 첨부된 도면은 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도1은 석탄연료 보일러(22), 마찰정전기 역류 벨트 분리기(12)내에서 플라이 애시 운반, 플라이 애시 저장, 플라이 애시 처리를 위한 메카니즘을 포함하고 있는 전기생성 플랜트(10)의 개략도이고, 종래에 이와 같은 것으로서 본원의 참조문헌인 미국 특허 4,839,032호, 미국 특허 4,874,507호(이하 '032호와 '507호라 함)에 설명되어 있는 것이 있다. 이러한 전형적인 산업 실정에서, 석탄(14)은, 예를 들면 롤러(16,18)에 의해서 가루로 되어 컨베이어(20)에 의해서 보일러(22)로 공기의 작용에 의해서 운반되고, 분산된 분말로서 연소된다. 연소된 석탄은 물이 들어있는 튜브(24)를 가열하고, 이것에 의해서 터빈(26)을 통과하여 물이 팽창되어 수증기가 되고, 전기를 발생시키는 발생기(28)를 구동한다. 이 수증기는 액체인 물로 다시 응축될 수 있고, 이 물은 펌프(30)에 의해서 끌어올려져서 다시 보일러로 되돌려지며, 폐루프 시스템내에서 연속적으로 가열되고 응축된다. 연소된 석탄 중 불연소 물질은 연도가스의 형태로 가열운반튜브를 통과하고, 예를 들면 정전기 침전기 호퍼(32)와 같은 애시 분리시스템으로 보내져서 애시 고체가 제거되고, 연도 가스는 통과되어 스택(34)으로 올라가서 대기로 분산된다.

도1의 시스템에서, 애시 고체는 침전기 호퍼(32)로부터 원격저장용기 사일로(36)로 운반된다. 일반적으로 공기는, 콤프레서(38)에 의해서 압축되고, 애시가 콘베이어에 의해서 사일로(36)로 운반되기 전에 가열기(40)에 의해서 가열된다. 사일로에서, 운반된 공기는 출구포트(44)에서 빠져나오고, 애시(46)는 사일로에 축적된다. 사일로의 바닥(48)에서, 유동화된 돌(도면에 표시하지 않음)은 공기운반(50)을 거쳐서 플라이 애시를 유체화하기 위해서 공기를 넣는 데 사용되며, 그 결과 플라이 애시가 출구포트(52)를 통과하여 쉽게 흐르게 된다. 일반적으로, 이러한 유체화 공기는 가열기(54)에 의해서 가열된다. 사일로는 마찰전기 역류 벨트타입 분리기(12)에 연결되어 있다. 플라이 애시가 사일로를 떠날 때, 예를 들면 분리기 작동을 방해할 수 있는 모든 트램프를 제거하기 위하여 호퍼내에 있는 스크린(56)을 통과시킨다. 스크린을 통과한 후에, 플라이 애시는, 탄소를 마찰전기적으로 대전시켜서 플라이 애시로부터 분리하는 분리기내로 도입된다. 플라이 애시를 획일적인 방식으로 운반하고 분배하는 수단(58)이 사용된다. '032 특허에 유체화 공급기, 분리기, 플라이 애시를 운반하고 분배하는 수단이 상세하게 설명되어 있다.

상술한 바와 같이, 플라이 애시를 운반하고 저장하는 데 있어서, 종래 실정은 플라이 애시를 가능한한 건조하게 유지시켜 탄소와 플라이 애시사이의 표면결합을 깨뜨려서 입자들이 응집되는 것을 방지하는 것이였다. 이것은 예를 들면 운반공기를 가열함으로써 행해질 수 있다. 도1의 실시예에 있어서, 애시를 침전기(32)로부터 사일로(36)로 운반하기 위해서 사용되는 공기는 가열기(40)로 가열된다. 유사하게, 애시를 유체화하기 위해서 사용되는 공기는 가열기(54)로 가열된다. 공기의 가열은 애시 공기시스템이 주변공기를 사용할 때보다 더 뜨거워지게 만든다. 운반공기에 있어서의 플라이 애시의 이동은 플라이 애시와 접촉하는 공기와 플라이 애시사이에서 급속도로 평형을 이루게 한다. 온도와 상대습도 둘 다의 평형은 신속하게 이루어진다. 일반적인 산업실정은 가장 나쁜 조건으로 운반시스템을 설계하고 있으며, 같은 방식으로 작동되게 되어 있다. 그러나, 예를 들면, 습기가 많은 여름 상태에서 애시를 건조한 상태로 유지할 수 있는 운반시스템은 건조한 겨울에는 사용할 수 없다는 단점이 있다.

물의 상변화를 일으키는 구동력은 화학 퍼텐셜이다. 평형상태에서, 모든 상은 같은 화학 퍼텐셜을 갖고 있다. 임의로, 순수한 응축상태가 단일 화학 퍼텐셜을 갖고 있다고 가정한다. 그러므로, 평형상태에서 액체인 물과 수증기는 동일한 화학퍼텐셜을 갖고 있으며, 물을 하나의 상으로부터 다른 상으로 변화시키기는 순수한 구동력은 없다. 물을 포함하고 있는 플라이 애시 시스템에서, 물활성의 편리한 수치는 상대습도이다. 포화 또는 상대습도가 100% 상태에서, 공기는 액체인 물과 평형상태에 있다. 상대습도가 0%일 때 공기는 물함유량이 0%이다. 0%에서 100% 사이의 상대습도는 대기에 존재하는 여러 물농도에서 물의 화학퍼텐셜을 나타내고 있다. 물의 수증기압력이 온도와 함께 지수함수적으로 증가하고, 그 공기의 온도가 상승하여 포화온도, 포화부분압력을 상승시키고, 일정한 물함유량에서 상대습도는 떨어진다. 앞서 소개된 맥그로우 힐이 1984년에 출판한 페리의 화학공학 핸드북 제6판에 표시되어 있는 습도표와 같이, 도2와 도2A에는 여러 다른 온도와 여러 다른 상대습도에서 공기중에서의 물의 함유량과, 물의 여러 다른 온도에서 물의 엔탈피의 평형상태를 설명하고 있다. 도2에서 A로 표시된 곡선은 건조공기 1파운드당 포화 엔탈피-BTU 선이고, B로 표시된 곡선은 습구와 노점 또는 포화온도를 나타내는 것이고, C로 표시된 곡선은 1파운드당 건조공기의 포화에서 엔탈피-BTU를 나타내는 것이고, D로 표시된 곡선은 건조공기 1파운드당 수분 그레인(grain)을 나타내고 있는 것이고, E로 표시한 곡선은 상대습도 곡선을 나타내는 것이고, F로 나타낸 곡선은 습구 온도이고, G로 표시한 곡선은 건조공기 1파운드당 엔탈피 편향-B.t.u. 이고, H로 표시한 곡선은 건조공기 1파운드당 3차입방 피트를 나타내고 있다. 초당 고체물질을 가열하는 것은 물질의 상대습도를 변화시키지 못한다. 공기와 접촉하고 있는 물질을 가열하는 것은, 물의 포화부분압력을 증가시키고 일정한 절대 습도에서 상대습도를 감소시킨다. 폐쇄된 컨테이너에 있는 물질을 100℃로 가열하는 것은 상대습도에 아무런 영향도 끼치지 않는다.

도3은 플라이 애시의 수분함유량 대 공기의 상대습도의 그래프이고, 불연소된 탄소의 서로 다른 양을 연소상 손실(LOI, Loss On Ignition%)로 나타낸다. 실험데이터는, 매달려 있는 샘플팬과, 온도제어와 퍼지가스 제어가 되어 있는 샘플 챔버와, 일정한 흐름속도로 0%~65% 상대습도사이의 최종적인 챔버상대습도를 제공하기 위해서 퍼지가스 상대습도를 조절하는 시스템과, 챔버 상대습도를 계속적으로 모니터링하기 위한 바이살라 상대습도 탐침으로 구성되어 있는 물흡수 시스템으로부터 얻어진다. 이 데이터를 수집하기 위한 과정은, 물흡수시스템을 집합하는 과정과, 부양효과를 조절하기 위하여 실험적인 퍼지가스 흐름속도에서 챔버를 제거하는 동안 밸런스를 유지하는 과정과, 밸런스 팬위에 있는 10~15g의 플라이 애시를 분석하고 0% 상대습도 공기흐름의 가열 챔버를 집합시켜 222~250℃로 챔버온도를 조절하고, 대기 노출로 흡수된 물을 제거하기 위해서 약 30분간 일정한 온도를 유지하는 과정과, 0%의 상대습도 퍼지 가스를 유지하면서 원하는 실험온도로 샘플과 챔버를 냉각하는 과정과, 0%의 상대습도에서 건조샘플 중량을 기록하는 과정과, 각각의 데이터점을 위해서 최소 10분의 평형 시간후에 약 2% 상대습도 증가에서 상대습도가 증가된 샘플의 샘플중량을 얻는 과정과, 상대습도에서 샘플 중량을 포함하고 있는 데이터를 설정하는 과정과, 각각의 상대습도를 위해서 샘플 건조중량으로부터 증가된 퍼센트 중량을 계산하는 과정과, 각각의 상대습도 증가를 위해서 퍼센트 중량 이득 대 상대습도를 점으로 표시하여 도3과 같이 흡수 등온 차트를 제공하는 과정을 포함하고 있다.

도3에서 볼 수 있듯이, 상대습도가 증가된 수분함유량은 불연 탄소보다 플라이 애시에서 더 크다. 탄소함유량상에 있어서 수분함유량 대 플라이 애시의 상대습도는 무기 애시 입자들보다 물을 더 많이 흡수하는 탄소에 따라 다르다. 상술한 바와 같이, 플라이 애시내에 있는 잔여 탄소는, 완전하게 연소되지 않은 석탄으로부터 나온 것이다. 석탄이 높은 온도로 가열되어, 석탄의 휘발성분은 증발되고 부분적인 산화가 발생한다. 이 결과, 탄소입자들은 다공성으로 되어 부피밀도가 낮아진다. 여기서, 다공성은 비다공성 유리모양 광물에 비하여 탄소의 물흡수가 더 많다는 것을 의미한다.

곡선표면을 가로지르는 액체의 표면장력(T)은, 곡선을 가로지르는 압력차(P)로 인하여 힘을 발휘한다. 이 압력차(P)는 표면장력(T)을 곡률반경(R)으로 나눈 것에 2를 곱한 것과 같으며, 아래와 같은 켈빈의 모세 공식으로서 잘 알려져 있다.

(1) P=2T/R

부피액체인 물이 수증기와 평형상태에 있을 때, 수증기 경계면을 가로지르는 압력차는 0이고 곡률반경은 무한대이며, 이것은 액체와 수증기 사이에 평평한 경계면이 있다는 의미이다. 포화상태보다 더 작은 물의 부분 압력 평형상태에서, 시스템은 곡선 경계면을 가로지르는 압력차가 상대습도와 같아지도록 곡선표면과 평형상태를 이루고 있다. 표면 장력과 곡률반경의 변화와 염분함유량은 무시할 수 있다.

순수한 물과 몇몇의 포화 염분 용액을 위한 상대습도 대 특징 경계면 반경의 표가 도4에 표시되어 있다. 그 염분은 부피용액 물 상태의 상대습도를 어떤 범위로 낮춤으로써 관계를 수정할 수 있다. 이 결과, 주어진 상대습도에서 곡률반경이, 매우 낮은 상대습도에서는 크게 증가되지 않게 된다. 도4에서 볼 수 있듯이, 낮은 상대습도는 낮은 특징 경계 곡률반경을 갖는다. 분자 차원의 정렬 차원에 근접해질 때, 연속체로 반응하는 물과 염분 물질이 깨진 것으로 간주한다. 이것으로 물이 10% 상대습도를 갖고 있게 된다. 이 점에서, 물의 흡수는 더 이상 순수한 물리적인 접촉 모세관 작용 현상이 아니라, 오히려 화학 흡수 또는 화학 흡착으로 된다. 분말학에서 1989년에 P.F. 루크햄에 의해서 쓰여진 "입자들사이의 힘의 측정" 58페이지 75~91째줄에 있는 재조사 보고에서, 반달모양에 대한 부피 열역학의 적용성은 약 20개의 물분자가 40Å 이상의 곡률을 가진 물에 대해 가능하다고 설명되어 있다. P.F. 루크햄은, 도5에서 볼 수 있듯이, 응착력의 측정된 힘을 물의 상대수증기압 P/Ps(습도)의 함수로서 4πRcosθ로 정하였다. 도5에서 볼 수 있듯이, 응착력은 상대습도와 함께 단조롭게 감소한다. 0%에서 응착력은 이러한 실험들에 사용되는 두 개의 운모 표면사이의 건조 응착력이다.

전해질 수용액은 움직이는 전하 캐리어들, 구체적으로 용액속에 있는 양이온들과 음이온들 때문에 전기적으로 전도성을 띠는 물질이다. 이러한 이온들은 물의 극성 특성을 형성하고, 함수 이온들로서 존재하고 있다. 물층이 함수 이온의 두께와 비교하여 얇을 때, 그 시스템의 전도성은 낮은 것으로 된다. 구체적으로, 표면 막의 전도성은 두께를 감소시키는 것에 의해서 지수함수적으로 감소된다. 그러므로, 표면막이 너무 얇아서 용해된 이온들의 이동을 감지할 수 없게 될 때, 물의 표면막의 전기 전도성은 낮은 것으로 된다. 전도성에 있어서 이러한 감소는 물함유량만 갖고 있다는 것을 의미한다. 막이 얇아진 때, 입자들의 전도성은 부피체적 전도에 의해서 좌우된다.

1934년에 스미스소니안 학회에서 제8판 개정판으로 출판한 스미스소니안 물리표 제88권으로부터 고체 유전체의 체적과 고유 표면 저항의 표를 도6에 재현하였다. 체적 저항 ρ는 센티미터 입방체의 마주보는 두 면사이의 저항이다. 표면 저항 σ은 표면 제곱의 마주보는 가장자리 사이의 저항이다. 표면 저항은 일반적으로 습도와 함께 넓은 범위로 변화될 수 있다. 모든 물질은 저항이 증가되면 상대습도는 감소된다.

미국 광업 사무국에서 근무하는 포스터 프라스가 출판한 미국 광업 보고서 #603,1962호인 " 알갱이 모양 광물의 정전기적 분리"(이하에서 연구집이라고 함)에서는, 분리에 대한 습도의 영향을 측정하였다. 예를 들면, 연구집 제7장에서 접촉대전 타입 분리기상에서 습도의 영향뿐만 아니라 입자의 표면전도성에 대한 습도의 영향을 논의하였다. 석영과 장석의 마찰전기 분리에 있어서 습도의 영향은 "20% 정도로 높은 상대습도에서 충분한 분리가 얻어진다"라고 주장하고 있다. 더 낮은 상대습도에서 석영과 장석은 알루미늄에 대하여 음으로 대전된다. 더 높은 상대습도에서 장석은 양으로 대전되고, 석영도 양으로 대전된다. 매우 높은 상대습도에서 두 물질의 대전은 중지된다. 이 연구에서는, 다음 두 가지 영향을 통해서 이것을 설명하고 있다. 하나는 표면전도성이고, 또 다른 하나는 입자들 표면이 모든 표면위에 흡수되는 동일한 수분막의 결과로서 유사하게 된다는 것이다. 석영과 장석의 경우에, 이 흡수된 습도는 알루미늄에 대하여 입자의 부호를 바꿔서 대전시키는 결과로 된다. 석영, 장석, 알루미늄 3개의 표면에서 수분 코팅을 증가시키면 더 유사하게 된다.

상대습도를 변화시켜서 플라이 애시를 마찰전기적으로 분리할 때, 측정되는 이러한 변화는 더 포착하기 어려워진다. 이러한 경우에, 탄소는 계속 양으로 대전되고, 유리모양의 무기 광물은 음으로 대전된다. 그러나, 최적습도범위내에서 저탄소물질의 수율이 개선된다. 도7은 저탄소 생성물과 처리하기 전에 상대습도가 명백하게 밝혀진 운반 애시 생성물의 탄소함유량의 수율을 계획하는 것을 설명한다. 상대습도 측정은 매우 정확하게 된 것이다. 애시 샘플은, 제올라이트 분자체의 클로스 백에 접촉시키면서, 콘크리트 혼합기에서 플라이 애시를 기계적으로 혼합함으로써 얻어진다. 이러한 애시들은 테스트하에서 상대습도로 또는 상대습도 이하로 건조된다. 필요하다면, 물은 테스트를 위해서 상대습도가 원하는 레벨까지 되도록 첨가시킬 수 있다. 유체화될 때 또는 테스트하에서, 상대습도에서 공급되는 가스가 퍼지가스일 때, 건조공기가 사용되는 매우 낮은 상대습도를 제외하고는, 샘플들은 대기에 접촉하는 것으로부터 보호된다. 테스트 분리기는 처리되는 샘플들의 습도를 유지하기 위해서 특별히 조절된다. 분리된 후에 두개의 생성물들은 상대습도가 두드러지게 변화하지 않았다는 것을 확인하기 위해서 더 테스트된다. 습도는, 메사츄세츠 01801 우버런 코머스웨이 100에 위치하고 있으며 전화번호가 617-933-4500인 바이살라 인코포레이트디드(HMI에서 HMP 35 또는 36에 표시되어 있음)에 의해서 제조된 상대습도 탐침으로 측정된다. 이러한 탐침은 특정한 온도에서 여러 포화 염분 용액과 비교하여서 적당하게 측정한다. 낮은 상대습도에서는 안정된 레벨에 다다르도록 탐침으로 십분동안 측정하고 있어야 한다.

도7의 그래프는 어떤 상대습도에서 최대 수율을 명확하게 보여주고 있다. 또한, 도7은 최적 습도범위를 갖고 있는 저탄소 생성물을 보여주고 있다. 어떤 프로세스의 최적화는 여러 적절한 매개변수를 교환하여 프로세스의 실용적인 값을 최대화하는 것을 필요로 한다. 플라이 애시로부터 탄소를 제거하는 경우에, 탄소는 사용자에게 용인될 수 있는 레벨까지 제거되어야만 하고, 그 후에 수율이 최대화되어야 한다. 예를 들면, 특정 지역의 애시 사용자가 3%의 탄소함유량을 필요로 한다면, 수율은 3% 미만의 탄소를 가진 애시를 생성하면서 최대화되어야 한다. 표1은 도7, 도8, 도9로부터 얻어진 데이터를 표시한다. 첫번째 칼럼은, 애시 생성물이 3% LOI 설명서와 합치되는 곳에서의 상대습도를 표시하고 있다. 다음 칼럼은 구성요소가 3% LOI 설명서와 합치되는 상대습도에서 수율을 표시하고 있다.

이러한 동작을 위한 설명은 명백하지는 않다. 입자들의 전도성이 결론지어지지 않을 수도 있다. 플라이 애시에서의 탄소는 약 0.004 옴의 저항을 가진 전도성 물질이어서, 수분의 얇은 막이 탄소 전도성에 중요하게 영향을 미치지 않을 정도로 매우 큰 전도성을 갖고 있다. 애시는 전도성이 더 작은 크기 10개가 정렬되어 있는 것보다 더 크다. 그럼에도 불구하고, 입자들의 전도성은 마찰전기 역류 벨트타입 분리기의 작동에 있어서 중요한 변수가 되지 않으며, 5~25% 상대습도범위에 있어서 표면 전도성에 비례하는 변화는 크지 않다. 응집은 단독적으로 설명되지 않는다. 더 낮은 상대습도는 분리를 계속적으로 향상시켜서 응집을 덜 생기게 한다. 최적 상대습도 대신에 분리를 위한 최적상대습도가 관측된다. 입자들이 건조되어 수분막이 얇아질수록, 표면은 더욱더 건조된다. 대전되는 입자들은 별로 유사하지 않은 입자들로서 부호가 바뀌어지지 않고, 양호한 분리가 악화되지 않는다..

도7에서 도9는 상대습도의 함수로서 여러 다른 플라이 애시 샘플들의 갯수를 위한 생성 수율과 생성 순도의 그래프이다. 또한, 도9는 두개의 다른 온도함수로서 저탄소 플라이 애시 표본의 생성 수율을 나타내고 있다. 도7에서 도9에 설명된 바와 같이, 모든 샘플들은 상대습도를 갖고 있는 생성 수율에서의 피크값과, 매우 낮거나 매우 높은 상대습도에서 수율이 하락하는 최적습도범위, 매우 높은 상대습도에서 생성 순도가 하락되는 것을 보여주고 있다. 이러한 최적상대습도와 최적습도범위의 정확한 위치는, 작동 온도에 따라 다르며, 플라이 애시의 여러 샘플들마다다르다. 도9를 참조하면, 최적상대습도는 애시의 온도에 따라 증가되며, 순수한 수율 또한 더 높아진다.

물질로부터 물을 제거하는 방법은 잘 알려져 있으며, 여러 많은 기술과 상업적인 설비들을 이용할 수 있다. 공기와 접촉시켜서 공기 상대습도를 감소시키면서 물질을 가열하여 물질로부터 공기로 수분을 제거하도록 한다. 예를 들면, 애시를 접촉시키기 전에 공기를 가열하거나, 공기와 접촉되기 전에 애시를 가열하거나, 또는 공기와 접촉시키면서 공기와 애시 둘 다를 가열함으로써 플라이 애시를 이루게 할 수 있다. 미세 입자 건조설비는 세가지 방법 모두를 이용할 수 있다. 실질적으로, 모든 플라이 애시 설비는 운반을 위한 가열 공기를 이미 사용하고 있으며, 필요하다면 간단하게 가열을 증가시킬 수 있다. 애시 운반 이전에 공기를 건조시키는 것이 행해질 수 있지만, 그렇게 하면 일반적으로 더 많은 비용이 들게 된다.

본 발명의 목적은 분리기로 공급되는 플라이 애시의 상대습도를, 어떤 특정한 상대습도범위를 유지하도록 조절하는 것이다. 일반적으로 이 조절은 상대습도를 증가시키는 수단과 상대습도를 감소시키는 수단 둘 다를 필요로 한다. 도10은 침전기 호퍼(32)와 분리기(12)사이에서 애시 운반시스템내의 여러 점(62,64,66,68)에서 물을 주입함으로써 상대습도를 증가시키는 방법을 나타내고 있다. 도11은 가열기(72)로 운반공기를 가열하고, 운반시스템(42)과 사일로(36)를 절연체(76)로 절연시킴으로써 운반하는 동안에 열손실을 감소시키고, 운반시스템(38,40,42)을 경유하는 운반공기의 흐름속도를 증가시키고, 특히 침전기 호퍼 또는 사일로(54,50)의 바닥에서 침전기 유체화 공기시스템(61,63,65)을 부가하는 효과적인 기술을 포함하여, 애시의 상대습도를 감소시키는 방법의 수를 나타내고 있다. 압축 전에 공기를 건조시키는 것이나, 압축후에 공기를 건조시키는 것은 모두 설명되어 있지 않다. 그러나, 물질을 건조시키고, 물질에 습기를 더하는 방법은 잘 이해될 수 있고, 해당 기술분야에서 숙련된 사람은, 최적 수율을 달성하기 위해서 최적 습도범위 내에서 습도를 조절하여, 충분하게 제어할 수 있는 구현가능한 시스템을 설계하여 활용할 수 있다.

도10을 참조하면, 상대습도를 증가시키기 위해서 최적습도범위내에서 애시에 물을 첨가하는 것은, 애시의 상대습도가 너무 낮다면 사용할 수 있다. 운반, 예를 들면 공기에 의한 운반, 또는 유체화 등에 사용되는 이러한 공기는 애시에 접촉되기 전에 습기를 갖고 있을 수 있다. 액체인 물 또는 수증기 둘 다 물의 주입에 사용될 수 있다. 공기와 수증기(가스)의 혼합은, 수증기를 공기의 흐름속으로 주입하는 간단한 주입포트에 의해서 신속하고 용이하게 수행되어, 공기와 혼합된다. 액체인 물의 주입은 좀 더 어렵다. 액체인 물은 애시와 신속하게 혼합될 수 있도록 미세한 물방울로 부서진다. 분무 장치들에서 이러한 기술은, 1993년에 L. 베이벨과 Z. 오르제쵸스키가 저술하고 테일러＆프란시스에 의해서 출판되어 의회자료실 #93-8528, TP156.56L57 에 있는 "액체 원자화"에서 잘 설명되어 있다. 구체적으로 공기에 의한 물 원자화 장치들은, 상대적으로 큰 에너지양이 신속하게 혼합될 수 있는 높은 속도로 미세한 물방울들을 생성하기 위해서 압축된 공기로 제공될 수 있으므로 유용하다.

습도증가장치들(62,64,66,68)의 특정 위치는 일반적으로 전력소의 배치, 물 또는 수증기가 어디에서 이용가능한지에 따라 결정된다. 만약 운반공기가 수증기로 가열될 때, 수증기 주입은 매우 편리하게 될 수 있고, 액체인 물이 너무 많이 주입되어 프로세스가 혼란스러워질 가능성이 감소된다. 이것은 물이 운반기관(65)을 경유하여 사일로의 바닥에서 또는 운반기관(65)을 경유하여 침전기의 바닥에서 공기를 유체화시키기 위해서 가해질 때 특히 중요하다. 플라이 애시 사일로의 바닥에 물이 너무 많으면, 응집과 사일로의 봉쇄를 야기한다. 필요로 되는 물의 양은 아주 작다.

도3을 참조하면, 시간당 50톤으로, 13% LOI 애시인 경우 5%~10%로 애시의 상대습도를 증가시키는 것은, 0.04%~0.06%로 수분 함유량이 증가되는 것을 의미하고, 또는 0.02%로 증가하는 것은 톤당 약 0.4파운드, 또는 시간당 약 50톤의 흐름속도를 위해서 시간당 약 20파운드가 되는 것을 의미한다. 액체인 물의 주입은 상대습도를 증가시키지만, 물이 애시 전체로 분산되는 것을 주의해야 한다. 물을 주입하기 위한 하나의 방법은 테네스주 38351 렉싱턴 델레반 드라이브 200에 사는 델레반이 만든 공기분무기 모델 #38972-2 로, 압축된 공기를 매우 미세한 물방울들로 만들기 위해서 사용된다. 액체인 물은 애시 운반시스템내의 여러 장소(62,64)에서 주입될 수 있다. 택일적으로 공급 저장 사일로의 아래에 있는 주입점(68)에서 또는 사일로의 바닥내의 유체화점(66)에서 물을 주입하는 것은, 애시의 상대습도가 물주입 이전에 사일로내에서 측정되므로 편리하며, 조절된 물의 양이 사용될 수 있다. 또한 스크린 및 유체화 공급기(56)는, 혼합하기 위해서, 애시 도처에 물을 분산하기 위해서 제공된다.

물은 운반공기를 압축하는 콤프레서(38)로 주입되고, 압축된 공기를 증발 냉각하여 압축에너지를 약간 낮게 한다. 애시 저장 사일로(36) 이전에 플라이 애시에 물을 가하거나, 플라이 애시로부터 물을 제거하는 것은, 입자들사이를 이동하는 물의 체류시간을 길게 한다. 이 경우에, 애시상에 존재하는 물의 초기 분포는, 물가함과 물분리 사이의 경과시간이 더 짧아지므로 획일적으로 할 필요는 없다.

도11을 참조하면, 최적습도범위내에서 플라이 애시 상대습도를 감소시키기 위한 여러가지 실시예를 설명하고 있다. 플라이 애시 운반중에 발생되는 열손실을 감소시키기 위한 장치가 사용되고 있으며, 운반기관(42)을 통한 취급은 절연체(76)로 운반기관(42)과 사일로(36)를 절연함으로써 이루어진다. 일반적으로, 전력소 애시 취급시스템에서 플라이 애시는 150℉ 보다 높은 온도에서 정전기 침전기 호퍼(32)로부터 분리된다. 만약 애시를 공기 운반시스템(38,40,42)을 거쳐서 긴 거리를 운반하고자 한다면, 애시는 주위 환경에 열을 빼앗겨서 주위 온도에 가깝게 냉각된다. 애시와 결합된 공기가 냉각됨에 따라서, 공기는 물을 덜 갖고 있다. 애시와 공기가 사일로(36)로 떨어졌을 때, 보다 적은 물은 공기로부터 이탈되므로, 애시만이 남게 된다. 침전기 호퍼와 사일로 사이의 공기 운반 라인에 존재하는 애시의 온도를 급강하시키는 것은, 분리기(12)로 들어가는 애시의 상대습도를 감소시키는 것을 촉진한다. 유사하게, 침전기 온도에서 물의 포화압력이 매우 높으므로, 고온에서 애시와 접촉하고 있는 공기를 수분이 많이 제거된 건조공기로 치환할 수 있게 된다. 예를 들면, 애시-공기시스템으로부터 물을 제거하여 사일로로 운반하기 전에, 건조공기를 충분히 갖고 있는 공기운반시스템(61,63,65)을 경유하는 것과 같이 침전기 호퍼(32)를 유체화시킴으로써 애시로부터 연도 가스를 치환한다.

본 발명의 몇 가지 특정 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 의도한 범위를 벗어나지 않는 범위내에서, 본 기술분야에서 여러가지로 변형하거나 개량시키는 것이 가능하다. 따라서, 앞서 말한 설명은 단지 예일 뿐이고, 다음의 청구항, 그것의 등가로 정의되는 것으로서 정의된다.

Claims (22)

1. 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법에 있어서,

   처리된 플라이 애시를 생성하기 위해서, 플라이 애시의 상대습도를 증가시키는 것 또는 플라이 애시의 상대습도를 감소시키는 것 중 어느 하나에 의해서 플라이 애시의 상대습도를 최적상대습도범위내로 조절하는 단계와,

   탄소입자들과 플라이 애시를 마찰전기적으로 대전시키고, 대전된 플라이 애시로부터 대전된 탄소입자들을 정전기적으로 분리시키기도록 하기 위해서, 처리된 플라이 애시를 마찰전기 분리기로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 최적상대습도 범위는 약 5%~30%인 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 플라이 애시의 상대습도가 감소되는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 플라이 애시의 상대습도가 증가되는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 플라이 애시의 상대습도는, 원격수집 빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이 애시를 운반하는 공기에 물을 첨가함으로써 증가되는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 첨가되는 물은 액체상태인 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
7. 제5항에 있어서, 첨가되는 물은 수증기상태인 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
8. 제4항에 있어서, 상대습도는, 마찰전기 분리기의 공급부에서 플라이 애시에 물을 첨가함으로써 증가되는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 마찰전기 분리기의 공급부의 유체화 영역을 플라이 애시가 통과하기 전에, 플라이 애시에 물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
10. 제3항에 있어서, 플라이 애시 공급부의 상대습도는,

    분리기로 애시를 운반하며 주위온도 이상에 있는 애시 공기운반시스템에서 감소된 상대습도 공기와 플라이 애시를 결합시키는 단계와;

    주변온도 이상으로 애시 공기운반시스템을 유지시키는 단계와;

    애시 공기운반시스템이 주변온도 이상으로 되어 있는 동안 애시로부터 공기를 빼내는 단계와;

    마찰전기 분리기로 공급하기 위해서 애시를 수집하는 단계에 의해서 감소되는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 공기의 상대습도는, 감소된 상대습도 공기를 제공하기 위해서 공기를 가열하거나, 공기를 건조시키는 것 중 하나에 의해서 감소되는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
12. 제3항에 있어서, 플라이 애시의 상대습도는, 플라이 애시를 유체화하는 데 사용된 공기를 가열함으로써 감소되는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 방법.
13. 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치에 있어서,

    처리된 플라이 애시를 생성하기 위해서, 플라이 애시의 상대습도를 최적상대습도범위내로 증가시키거나, 플라이 애시의 상대습도를 최적상대습도범위내로 감소시키는 플라이 애시 처리수단과;

    상기 처리된 플라이 애시를 받아들이고, 탄소입자들과 플라이 애시를 마찰전기적으로 대전시켜서, 대전된 플라이 애시로부터 대전된 탄소입자들을 정전기적으로 분리시키는 마찰전기 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치.
14. 제13항에 있어서, 플라이 애시 처리수단은, 원격수집 빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이 애시를 운반하는 데 사용된 운반공기에 물을 첨가하는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치.
15. 제13항에 있어서, 플라이 애시 처리수단은, 마찰전기 분리기의 공급점에서 플라이 애시에 물을 첨가하는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치.
16. 제13항에 있어서, 플라이 애시 처리수단은 마찰전기 분리기의 애시저장용기내에 있는 플라이 애시에 물을 첨가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치.
17. 제13항에 있어서, 운반공기는 원격수집 빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이 애시를 운반하는 데 사용되고, 플라이 애시 처리수단은 플라이 애시와 운반공기를 결합하기 전에 운반공기를 가열하는 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치.
18. 제17항에 있어서, 원격수집 빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이 애시를 운반하는 공기운반시스템은, 공기운반시스템내에서 운반공기의 열손실을 감소시키기 위해서 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치.
19. 제18항에 있어서, 마찰전기 분리기로 공급하는 출구포트를 갖고 있는 공기운반시스템의 끝에서 애시저장용기을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치.
20. 제13항에 있어서, 플라이 애시 처리수단은, 플라이 애시와 공기를 결합하기 전에 플라이 애시를 유체화하는 데 사용된 공기를 가열하는 가열기를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치.
21. 제13항에 있어서, 플라이 애시 처리수단은, 운반공기와 플라이 애시를 결합하기 전에, 원격수집 빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이 애시를 운반하는 데 사용된 운반공기를 건조하는 장치를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 플라이 애시로부터 탄소입자들을 분리하는 장치.
22. 상용 전력소시스템에 있어서,

    전기를 발생시키는 열을 생성하기 위해서 석탄을 연소시키고, 보일러의 밖으로 배출되는 가스의 형태의 불연 물질을 생성하는 보일러와;

    보일러에 연결되어 있고, 보일러로부터 배출되는 가스를 받아들여 가스내에 포함되어 있는 애시를 수집하는 애시분리시스템과;

    상기 애시분리시스템에 연결되어서 수집된 애시를 받아들여서 수집된 애시를 원격저장용기으로 운반하는 플라이 애시 운반시스템과;

    최적습도내에서 플라이 애시의 상대습도를 증가시키는 것과, 최적습도내에서 플라이 애시의 상대습도를 감소시키는 것 중 어느 하나로 되는 플라이 애시 처리수단과;

    원격저장용기으로부터 그 플라이 애시를 받아들여서 플라이 애시뿐만 아니라 플라이 애시속에 있는 탄소입자들을 마찰전기적으로 대전시켜서 대전된 플라이 애시로부터 대전된 탄소입자들을 정전기적으로 분리하는 마찰전기 역류 벨트타입 분리기를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 상용 전력소시스템.