KR100527926B1 - 플라이애시로부터 탄소를 분리하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법 및 장치는 최적습도범위내에서 플라이애시의 상대습도를 증가시키거나 플라이애시의 상대습도를 감소시키는 것 중 하나를 포함하고, 최적습도범위내에서 플라이애시를 마찰전기 분리기에 도입하여 탄소입자와 플라이애시를 마찰전기적으로 대전시키고 상기 대전된 플라이애시로부터 상기 대전된 탄소입자를 정전기적으로 분리하는 것을 포함하고 있다.

Description

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

본 발명은 마찰전기 역류(counter current) 벨트타입 분리기를 사용하여 플라이애시로부터 탄소를 분리하는 프로세스를 향상시키는 것에 관한 것이며, 더 자세하게는 분리기 안으로 공급되는 플라이애시의 상대습도를 최적습도 범위내로 조절하는 것에 관한 것이다.

세계적으로 전기를 발생하기 위하여 거대한 석탄량이 연소되고 있다.

일반적으로, 석탄은 미세한 분말로 부서져서 공기에 의해서 보일러로 운반되고, 부서진 분말이 연소하여 발생되는 열은 동력 터빈에 수증기를 생성시키고 전기를 발생시키는 데 사용된다. 보일러에서, 석탄에 있는 탄소질의 구성요소는 연소되어서 열을 방출한다. 일반적으로, 불연물질은 높은 온도에서 가열되면 녹아서 보일러의 밖으로 플라이애시로서 빠져나온다. 이 플라이애시는 일반적으로 연도가스(flue gas)가 굴뚝(stack)에 이르기 전에 수집되고, 대기로 분산된다. 예를 들면, 1,000 MW 발전소는 시간당 약 500톤의 석탄을 연소시킬 수 있다. 전세계 도처에서 연소되는 많은 석탄 중 10%가 애시 레벨이다. 플라이애시는 공업지대 도처에서 매우 많이 생성되고 있다.

발전소를 경제적으로 설계하기 위해서는 반드시 자본금과 운영자금 사이의 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 발전소들이 석탄을 연소시킴으로써 생성되는 대기오염이 중요한 요인으로 되고 있다. 발전소들은 대기오염을 감소시키기 위해서 질소산화물(nitrous oxide) 배출을 감소시키려고 노력하고 있다. 질소산화물은 산소와 질소를 고온에서 반응시켜서 형성되며 고온상태에서 존재하고 있다. 질소산화물 배출을 감소시키는 한 방법은, 보일러의 온도를 감소시켜서 여분의 산소를 감소시키는 것이다. 이 방법은 일반적으로 저 질소산화물 연소기(Low NOx Burner)라 불리는 것을 활용하여 행해진다. 많은 보일러 제조업체들은 이러한 저 질소산화물 연소기를 제조하여 설치하는 방법으로 많은 유용성을 얻을 수 있었다. 그러나, 연소기내의 여분의 산소 및 온도를 감소시키는 역효과로 인하여, 보일러 밖으로 배출되는 플라이애시에서 연소되지 않는 탄소가 증가하게 되었다.

고온의 보일러와 플라이애시의 연속적인 수집 때문에 불연 광물의 통행이 보일러관 통로에서 제지되고, 이로 인하여 석탄내의 불활성 점토와 혈암 광물(shale minerals)이 유리형상 세라믹타입 물질로 변환된다. 이러한 유리형상 무기입자의 특성은 석회와 반응하여 시멘트결합 물질을 형성하는 것이다. 플라이애시의 화산회적 특성은 산업적으로 광범위하게 개발되고 있다. 예를 들면, 플라이애시는 콘크리트와 합쳐지면서 시멘트의 일부를 대체하고, 시멘트가 수화되는 동안 방출되는 석회와 반응하며, 덜유리화된 석회와 강한 콘크리트 결합을 하고 황산염 내성을 갖고, 강하고 값이 싼 시멘트결합 물질을 생성한다. 콘크리트 내의 화산회와 같은 플라이애시를 사용하는 이점은 큰 부피의 쓰레기를 큰 부피의 유용한 물질로 변환시킨다는 것이다. 시멘트를 대체하여 콘크리트 내에 플라이애시를 사용하는 또 다른 이점은 시멘트 생성량이 감소된다는 것이다. 시멘트는 일반적으로 칼슘, 알루미나, 실리카의 수원인 광물로부터 생산된다. 시멘트가 생산될 때, 이러한 광물들은 시멘트 가마에서 결합하여 초기 용해를 위해서 가열된다. 그러나 시멘트 1톤을 생산하기 위해서는, 2톤 정도의 광물이 채굴되고 1톤 정도의 CO₂가 대기로 방출된다(CO₂의 일부는 연료로부터 생성되고 일부는 칼슘의 수원으로서 사용되는 석회암으로부터 생성됨). 그러므로, 시멘트를 플라이애시로 대체하는 또 다른 이점은 CO₂의 배출을 감소시킨다는 것이다. 구체적으로 사용되는 플라이애시 1톤을 위해서 1톤 미만의 CO₂가 배출된다.

콘크리트 내에서 사용되는 플라이애시는 특정한 물리적 특성을 갖고 있는 플라이애시이어야 한다. 이들 특성 중 하나로서, 미국 실험물질협회(ASTM)는 C618 설명서에서 탄소함량을 6% 미만으로 규정하고 있다. 그러나 이 설명서에 상한이 있다고 해도, 모든 사용자들은 가능한 한 낮은 탄소함량을 원한다. 유감스럽게도, 저 질소산화물 연소기로 인하여 보일러 밖으로 배출되는 플라이애시내의 탄소 증가는, 플라이애시 탄소레벨이 잠재적인 플라이애시 사용자들에 의해 정의되어 있는 허용범위를 넘는다. 그러므로 대기중에서 질소산화물을 감소시키는 것과 맞바꾸어 다른 온실기체인 CO₂를 증가시키고 있다. 따라서, 플라이애시(예를 들면, 저 질소산화물 연소기로부터 생성된 플라이애시)로부터 탄소를 제거하는 것은 콘크리트에 플라이애시가 사용될 수 있게 하고, 상용 발전소에서 쓰레기 처분문제를 해결하는데 도움을 주고, 콘크리트 생산자에게 시멘트보다 낮은 비용의 물질을 사용할 수 있게 하고, 또한 CO₂ 배출을 감소시켜 환경에 도움을 주도록 한 것이다.

저온 연소, 포말 부유선별, 입자크기 분류법, 정전기 분리법 등을 포함하여 플라이애시로부터 탄소를 제거하는 다수의 방법이 많이 제안되어 왔다. 정전기 분리법은 분리되는 입자의 전기적 특성을 기초로 하는 다수의 다른 기술을 포함하고 있다. 정전기 분리법의 하나의 타입은 도체/비도체 분리이고, 이것은 비슷하지 않은 입자 사이의 전도성 차이에 의존하는 것이다. 일반적으로, 입자는 코로나 방전 또는 전도성 표면에 접촉함으로써 대전되고, 전도성 표면에 접촉하고 있는 입자로 또는 입자로부터의 전하흐름속도는 입자가 수용될 것인지 입자가 거부될 것인지를 결정한다. 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 잘 설명되어 있다. 그러나 이러한 도체/비도체 타입 분리기는 모두 전도성 표면에 각각의 입자가 접해야 한다는 문제가 있다. 전도성 표면에 미세한 입자를 접하게 하기 위해서는 예를 들면, 전도성 표면에 입자가 부착해야 하고, 분리기의 용량이 입자 두께의 몇배가 되는 표면영역에 의존함에 따라 분리기의 용량이 감소하는 등의 어려움이 있다.

정전기 분리방법의 또 다른 타입은 접촉 전하를 사용하는 것이며, 이하 마찰 정전기 분리라 칭한다. 이 방법에서도, 광물엔지니어협회(SME) 광물처리 핸드북에서 설명되어 있듯이, 입자는 서로서로 접촉하여 대전된다. 이것은 전도성 표면에 접촉하지 않고, 원칙적으로 더 작은 크기의 입자가 분리될 수 있다고 하는 이점을 가지고 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 입자를 성공적으로 완전히 분리하였고, 플라이애시로부터 탄소를 분리하기 위해 사용되고 있다(예를 들면, 1993년에 발행된 휘틀락의 "플라이애시로부터 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 전도성이 있고, 이 표면 전도성은 입자위의 어떤 전하든지 이를 번지게 하여 분리가 비효율적으로 되게 한다. 게다가, 이 문헌은 미세한 입자가 수분을 흡수하고 흡수된 수분으로 인하여 응집되는 것을 설명하고 있다. 따라서, 수분으로 인한 물의 전도성 피막의 결합효과와 수분으로 인하여 입자가 응집되는 효과는 정전기 분리기를 습도가 낮은 지역에서 작동시켜야만 하게 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 유도시킴으로써 탄소입자를 대전시키고, 그 탄소입자가 전도성 벨트를 이동하는 도중에 전도성 벨트의 아래에 배치된 비터 바(beater bar)로 플라이애시층을 교반시킴으로써 그 탄소입자를 플라이애시층으로부터 배출시키도록 하는 정전기 분리기를 개시하고 있다. 이 대전된 탄소입자는 전극에 접촉하게 되고, 이 접촉에 의해서 정반대의 전하를 띠게 되었다고 가정하자. 정반대의 전하를 띤 입자는 아래로 이동하고 전극 외부로 이동되어 불량품 호퍼 또는 빈으로 이동된다. 그러므로, 해빌론 외의 발명자들이 만든 정전기 분리기는 상기와 같은 도체/비도체 타입이며, 대전되는 탄소입자의 전도성과 대전되지 않은 비전도성 애시 광물에 따라 다르며, 상술한 바와 같은 문제점을 갖고 있다.

플라이애시를 원격수집빈으로부터 예를 들면,정전기 분리기로 운반하기 위해 사용되는 운반공기의 가열과 수분을 없애기 위해 플라이애시의 벌크 공기 운반에 사용되는 공기의 가열은 보통 전기사용 산업에서 행해진다. 또한, 헤빌론 외의 발명자들은 정전기 분리기의 전도성 벨트 위의 얇은 층내의 플라이애시를 호퍼에 전달하기 전에 가열기를 사용하는 것을 설명하고, 그 가열기는 탄소와 애시 사이의 표면 결합을 깨뜨릴 정도로 플라이애시를 충분히 높은 온도로, 이슬점 이상으로 가열하여 수분을 없앤다. 이것은 예를 들면, 1984년에 마가로우 힐이 발행한 페리의 화학공학 핸드북 제6판에서 설명한 입자의 응집에서의 물의 진자상태에 관련한다. 즉, "소량의 액체가 입자의 접촉점에서 불연속적인 렌즈모양 링을 유지하고 있다"는 것이다. 이러한 물의 렌즈모양 브리지 크기는 물의 표면장력(T), 현재 물의 양에 따라 다르다. 켈빈 공식(1)에 따르면, 표면장력(T)은 압력차(P) 또는 모세관 흡수와 메니스커스의 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, 입자의 표면거칠기가 진자결합의 크기를 초과할 때, 액체 브리지는 더 큰 입자를 깨고 입자를 유지하고 있는 힘이 감소된다고 설명하였다. 아마도, 이것은 탄소와 플라이애시 사이에서 "결합을 깨뜨리기" 위해 필요한 수분 레벨을 나타내고 있는 것이다.그러나 헤빌론 등의 발명자들은 그들의 전도성에 기초한 분리기의 작동을 위해 바람직한 어떠한 수분 레벨 측정치나 전도성에 대해서는 특정하고 있지는 않다. 게다가, 이 문헌은 단지 입자의 자유로운 흐름을 촉진하기 위해서 수분의 제거와 비전도성 입자 위에 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.야스오가 발명한 JP 57171454호("야스오"라고 함)에서는, 일반적으로 마찰전기 분리기의 사용에 대해 설명하고 있으며, 가루로 된 석탄으로부터 무기물질을 분리하기 위한 마찰전기 분리기의 사용에 대해 설명하고 있다. 여기에는 상대습도를 최적상대습도범위로 조절하는 것에 대해서는 어떠한 언급도 없다.

키타자와가 발명한 US-A-4482351호("키타자와"라고 함)에서는, 습도를 조절하기에 적합한 처리수단을 갖고 있는 도체/비도체 타입 분리기에 대해서 설명하고 있다. 키타자와는 코로나 대전을 가지고 있는 도체/비도체 타입 분리기를 설명하고 있으며, 습도를 높게 하여 더 강하고 안정된 코로나 대전으로 도체/비도체 타입 분리를 개선시키는 것을 설명하고 있다.

앞서 말한 것과 또 다른 목적 및 이점은 첨부된 도면으로부터 충분히 이해될 수 있다.

도 1은 마찰정전기 역류벨트 분리기와 애시 운반시스템, 애시 저장시스템, 애시 처리시스템을 설명하는 석탄연료 발전소의 개략도이다.

도 2는 여러 온도, 기압이 29.92Hg 일 때의 공기와 수증기의 특성을 표시하는 습도차트이다.

도 2A는 물의 온도 대 건조 공기 1파운드당 물의 엔탈피를 표시하는 차트이다.

도 3은 상대습도 대 여러 플라이애시의 수분함유량의 그래프이다.

도 4는 상대습도에 따른 여러 물과 염분용액의 곡률 반경의 표이다.도 5는 상대습도의 함수로서 두 표면 사이의 응착력을 측정한 도면이다.도 6은 다른 상대습도에서 여러 가지 물질에 대한 부피와 표면저항의 표이다.도 7은 상대습도의 함수로서 낮은 탄소 애시 생성물의 수율 그래프이다.도 8은 상대습도의 함수로서 낮은 탄소 애시 함유량의 수율 그래프이다.도 9는 두개의 다른 온도에 대해 탄소 애시 생성물의 수율 및 탄소함유량의 그래프이다.도 10은 본 발명에 따른 애시의 상대습도를 높이기 위한 여러가지 실시형태를 설명하는 석유연료 발전소의 개략도이다.도 11은 본 발명에 따른 애시의 상대습도를 낮추기 위한 여러가지 실시형태를 설명하는 석유연료 발전소의 개략도이다.

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놀랍게도, 여기에서 상술하듯이, 플라이애시와 연소되지 않은 탄소의 경우, 마찰전기 분리기를 사용하여 분리를 개선시키는데 있어서 플라이애시의 최적 습도범위가 존재한다는 것을 알아내었다.

본 발명의 실시예에 따르면, 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법이 제공되며, 탄소입자와 플라이애시를 마찰전기적으로 대전시키고 대전된 플라이애시로부터 대전된 탄소입자를 정전기적으로 분리하기 위해, 플라이애시를 마찰전기 분리기로 도입하는 단계를 포함하고 있으며, 플라이애시로부터 탄소입자를 마찰전기적으로 분리하기 위해 플라이애시를 마찰전기 분리기로 도입하기 전에 상기 플라이애시의 상대습도를 약 5%∼30%의 최적상대습도범위로 조절하는 것을 특징으로 한다. 플라이애시의 상대습도는 최적상대습도 범위내에서 감소될 수 있다. 또한, 플라이애시의 상대습도는 최적상대습도범위내에서 증가될 수 있으며, 이것은 원격수집빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이애시를 운반하는 공기에 물을 첨가함으로써 행해진다. 첨가되는 물은 액체상태 이어도 좋고 또는 수증기 상태이어도 좋다. 상대습도는 마찰전기 분리기의 공급부에서 플라이애시가 공급부의 유체화영역을 통과하기 전에 플라이애시에 물을 첨가함으로써 증가될 수 있다. 플라이애시 피드의 상대습도는, 마찰전기 분리기로 애시를 운반하는 애시-공기운반시스템에서 플라이애시와 감소된 상대습도의 공기를 주위온도보다 높은 상태에서 결합시키는 단계와, 애시-공기운반시스템을 주위온도보다 높게 유지하는 단계와, 애시-공기운반시스템이 주위온도보다 높게 유지되는 동안 애시로부터 공기를 분리하는 단계와, 마찰전기 분리기로 공급하기 위해 애시를 수집하는 단계에 의해서 감소된다. 공기의 상대습도는 공기를 가열하거나 공기를 건조시키는 것 중 어느 하나에 의해 공기의 상대습도를 감소시켜 감소된 상대습도의 공기를 제공한다. 또한, 플라이애시의 상대습도는 플라이애시를 유체화하는 공기를 가열함으로써 감소된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치가 제공되며, 상기 장치는 플라이애시를 수용하고 탄소입자와 플라이애시를 마찰전기적으로 대전시켜서 대전된 플라이애시로부터 대전된 탄소입자를 정전기적으로 분리하는 마찰전기 분리기를 포함하고 있다. 그리고 상기 장치는 마찰전기 분리기 전에 플라이애시를 수용하여, 플라이애시로부터 탄소입자를 마찰전기적으로 분리하기 위하여 플라이애시의 상대습도를 5%∼30%의 최적상대습도범위로 조정하는 플라이애시 처리수단을 더 포함하고 있다. 플라이애시 처리수단은 원격수집빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이애시를 운반하는 운반공기에 많은 양의 물을 첨가하는 수단을 포함하고 있다. 또한, 플라이애시 처리수단은 마찰전기 분리기의 공급점에서 플라이애시에 많은 양의 물을 첨가하는 수단을 포함하고 있다. 플라이애시 처리수단은 마찰전기 분리기의 공급부에서 애시 저장관내에 있는 플라이애시에 많은 양의 물을 첨가하는 수단을 포함하고 있다. 운반공기는 플라이애시를 원격수집빈으로부터 마찰전기 분리기로 운반하는데 사용되며, 플라이애시 처리수단은 운반공기와 플라이애시를 결합하기 전에, 운반공기를 가열하는 가열기를 포함하고 있다. 원격수집빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이애시를 운반하는 공기운반시스템은, 공기운반시스템 내에 있는 운반공기의 열손실을 감소시키기 위해서 절연되어 있고, 마찰전기 분리기로 보내는 출구포트를 갖고 있는 공기운반시스템의 단부에 애시저장용기가 포함되어 있다. 플라이애시 처리수단은, 공기와 플라이애시가 결합하기 전에 플라이애시를 유체화하기 위해 공기를 가열하는 가열기를 포함하고 있다. 또한, 플라이애시 처리수단은, 운반공기와 플라이애시가 결합하기 전에, 원격수집 빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이애시를 운반하는 운반공기를 건조시키는 장치를 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상용 발전소가 제공되며, 상용 발전소는, 전기를 발생시키는데 사용되는 열을 생성하기 위해 석탄을 연소시키는 보일러로서 가스형태의 불연물질을 밖으로 배출하는 보일러와, 상기 보일러에 연결되어 있고 상기 보일러의 밖으로 배출된 가스를 수용하여 가스내에 함유되어 있는 애시를 수집하는 애시분리시스템과, 상기 애시분리시스템에 연결되어 있고 수집된 애시를 수용하여 원격저장용기로 운반하는 플라이애시 운반시스템과, 상기 원격저장용기로부터 플라이애시를 수용하고 플라이애시 뿐만 아니라 플라이애시내의 탄소입자를 마찰전기적으로 대전시켜서 상기 대전된 플라이애시로부터 상기 대전된 탄소를 정전기적으로 분리하는 마찰전기 역류 벨트타입 분리기를 포함하고 있다. 그리고 상용 발전소는 원격저장용기로부터 플라이애시를 수용하는 마찰전기 분리기 이전에, 플라이애시로부터 탄소입자를 마찰전기적으로 분리하기 위해서, 플라이애시의 상대습도를 약 5%∼30%의 최적상대습도범위로 조절하는 플라이애시 처리수단을 포함하는 것을 특징으로 하고 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.

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도 1은 발전소(10)의 개략도로서, 마찰정전기 역류 벨트 분리기(12)와 석탄연료 보일러(22), 플라이애시 운반, 저장, 플라이애시 처리를 위한 메카니즘을 포함하고 있으며, 종래에 이와 같은 것으로서 본원의 참조문헌인 미국 특허 4,839,032호, 미국 특허 4,874,507호(이하 '032특허와 '507특허라 함)에 설명되어 있는 것이 있다. 이러한 전형적인 산업 실정에서, 석탄(14)은, 예를 들면 롤러(16,18)에 의해서 부서져서 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 발전기(28)를 구동한다. 이 수증기는 액체인 물로 다시 응축될 수 있고, 이 물은 펌프(30)에 의해서 끌어올려져서 다시 보일러로 되돌아가며, 이 폐루프 시스템내에서 연속적으로 가열되고 응축된다. 연소된 석탄 중 불연소 물질은 연도가스의 형태로 가열운반튜브를 통과하고, 예를 들면 정전기 침전기 호포(32)와 같은 애시 분리시스템으로 보내져서 애시 고체가 제거되고, 연도가스는 굴뚝(34)을 통해 올라가서 대기로 분산된다.

도 1의 시스템에서, 애시 고체는 침전기 호포(32)로부터 원격저장용기 사일로(36)로 운반된다. 일반적으로 공기는 압축기(38)에 의해 압축되고, 애시가 컨베이어(42)에 의해 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, 유체화된 돌(도면에 표시하지 않음)은 플라이애시를 유체화하기 위해 공기운반부(50)를 통해 공기를 넣는 데 사용되며, 그 결과 플라이애시가 출구포트(52)를 통과하여 쉽게 흐르게 된다. 일반적으로, 이러한 유체화 공기는 가열기(54)에 의해서 더 가열된다. 사일로는 마찰전기 역류 벨트타입 분리기(12)에 연결되어 있다. 플라이애시가 사일로를 떠날 때, 예를 들면 분리기 작동을 방해할 수 있는 모든 트램프물질을 제거하기 위해 호포내에 있는 스크린(56)을 통과한다. 스크린을 통과한 후에, 탄소는 마찰전기적으로 대전되고 플라이애시로부터 정전기적으로 분리되는 분리기로 플라이애시를 도입된다. 또한 플라이애시를 획일적인 방식으로 운반하고 분배하는 수단(58)이 사용된다. '032특허에 유체화 공급기, 분리기, 플라이애시를 운반하고 분배하는 수단이 상세하게 설명되어 있다.

상술한 바와 같이, 플라이애시를 운반하고 저장하는데 있어서, 종래 실정은 플라이애시를 가능한한 건조하게 유지시켜 입자가 응집되는 것을 방지하고, 탄소와 플라이애시 사이의 표면결합을 깨뜨리는 것이다. 이것은 예를 들면 운반공기를 가열함으로써 행해질 수 있다. 도 1의 실시예에 있어서, 애시를 침전기 호포(32)로부터 사일로(36)로 운반하기 위해 사용되는 공기는 가열기(40)에 의해 가열된다. 유사하게, 침전기 호포내의 애시를 유체화하기 위해 사용되는 공기는 가열기(63)에 의해 가열되고, 사일로내에 축적되는 공기를 유체화하기 위해 사용되는 공기는 가열기(54)에 의해 가열된다. 공기의 가열은 애시 공기시스템이 주변공기를 사용할 때보다 더 뜨거워지게 만든다. 운반공기에 있어서의 플라이애시의 이동은 플라이애시와 접촉하는 공기와 플라이애시 사이에서 급속도로 평형을 이루게 한다. 온도와 상대습도 모두의 평형이 신속하게 이루어진다. 일반적인 연간 산업실정은 가장 나쁜 조건에 대해 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 변화시키기 위한 실제 구동력은 없다. 물을 포함하고 있는 플라이애시 시스템에서, 물의 활성도에 대한 편리한 수치는 상대습도이다. 포화 또는 상대습도가 100% 상태에서, 공기는 액체인 물과 평형상태에 있다. 상대습도가 0%일 때 공기는 물함유량이 0%이다. 0%와 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, 도 2와 도 2A에는 여러 다른 온도와 여러 다른 상대습도에서 공기중에서의 물의 함유량과, 물의 여러 다른 온도에서 물의 엔탈피를 설명하고 있다. 도 2에서 A로 표시된 곡선은 건조공기 1파운드당 포화 엔탈피-BTU 선이고; B로 표시된 곡선은 습구와 이슬점 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 표시된 곡선은 상대습도 곡선을 나타내는 것이고; F로 표시된 곡선은 습구 온도이고; G로 표시된 곡선은 건조공기 1파운드당 엔탈피 편향-B.t.u. 이고; 그리고 H로 표시된 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 절대습도에서 상대습도를 감소시킨다. 폐쇄된 컨테이너에 있는 물질을 100℃에서 가열하는 것은 상대습도에 아무런 영향도 끼치지 않는다.

도 3은 플라이애시의 수분함유량 대 공기의 상대습도의 그래프이고, 불연소된 탄소의 서로 다른 양을 강열감량(LOI:Loss On Ignition%)으로 나타낸다. 실험데이터는, 매달려 있는 샘플팬; 온도제어와 퍼지가스 제어가 되어 있는 샘플 챔버; 일정한 흐름속도로 0%~65% 상대습도사이의 최종적인 챔버상대습도를 제공하기 위해 퍼지가스 상대습도를 조절하는 시스템; 챔버 상대습도를 계속적으로 모니터링하기 위한 바이살라(Vaisala) 상대습도 탐침으로 구성되어 있는 물흡수시스템으로부터 얻어졌다. 이 데이터를 수집하기 위한 과정은, 부양효과를 조절하기 위하여 실험적인 퍼지가스 흐름속도에서 챔버를 퍼지하는 동안 밸런스를 유지하고 물흡수시스템을 집합하는 과정; 밸런스 팬위에 분석대상인 플라이애시 10~15g을 두고 가열 챔버를 집합시키는 과정; 0% 상대습도의 공기흐름에서, 챔버온도를 222~250℃로 조절하고 대기 노출로부터 흡수된 물을 제거하기 위해서 약 30분간 일정한 온도를 유지하는 과정; 0%의 상대습도 퍼지가스를 유지하면서 샘플과 챔버를 원하는 실험온도로 냉각하는 과정; 0%의 상대습도에서 건조샘플 중량을 기록하는 과정; 각각의 데이터점을 위해서 최소 10분의 평형 시간후에 약 2% 상대습도 증가에서 상대습도가 증가된 샘플의 샘플중량을 얻는 과정과, 상대습도에서 샘플 중량을 포함하고 있는 데이터를 설정하는 과정; 각각의 상대습도 증가에 대한 샘플 건조중량으로부터 증가된 퍼센트 중량을 계산하는 과정; 및 각각의 상대습도 증가에 대한 퍼센트 중량 이득 대 상대습도를 점으로 표시하여 도 3의 흡수 등온선 차트를 제공하는 과정을 포함하고 있다.

도 3에서 볼 수 있듯이, 상대습도에 대한 수분함유량 증가도는 더 많은 양의 불연탄소를 갖는 플라이애시에서 더 크다. 탄소함유량상에 있어서 플라이애시의 수분함유량 대 상대습도의 탄소함유량은 무기 애시 입자보다 물을 더 많이 우선적으로 흡수하는 탄소에 따라 다르다. 상술한 바와 같이, 플라이애시내에 있는 잔여 탄소는, 불완전 연소된 석탄으로부터 나온 것이다. 석탄이 높은 온도로 가열되어, 석탄의 휘발성분은 증발되고 부분적인 산화가 발생한다. 이 결과, 탄소입자는 다공성으로 되어 부피밀도가 낮아진다. 이러한 기공들이 비다공성 유리모양 광물에 비하여 탄소의 물흡수를 더 많게 하는데 기여한다. 기공안의 탄소입자 내부에 갖힌 물은, 분리에 영향을 주는 어떤 입자의 표면특성과 상호 작용하기 위해 표면상에 이용될 수 없다.

곡선표면을 가로지르는 액체의 표면장력(T)은, 곡선표면을 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

벌크 액체상태의 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 염분용액에 대한 상대습도 대 특징 경계면 반경의 표가 도 4에 표시되어 있다. 상기 염분은 벌크 액체상태의 물의 상대습도를 어떤 범위로 낮춤으로써 관계를 수정할 수 있다. 이것은 주어진 상대습도에서 곡률반경이 증가를 가져올수 있으나, 매우 낮은 상대습도에서는 그 증가가 그다지 크지 않다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 낮은 상대습도는 낮은 특징 경계 곡률반경을 갖는다. 분자 차원의 정렬 차원에 근접해질 때, 물과 고체물질이 연속체처럼 행동한다는 가정은 깨어지게 된다. 이것으로 물이 10% 상대습도를 갖게 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 "입자 사이의 힘의 측정" 58페이지 75~91째 줄에 있는 재조사 보고에서, 메니스키(menisci)에 대한 부피 열역학의 적용성은 약 20개의 물분자에 해당하는 40Å 이상의 반경을 가진 물에 대해 가능하다고 설명되어 있다. P.F. 루크햄은, 도 5에서 볼 수 있듯이, 응착력의 측정된 힘을 물의 상대수증기압 P/Ps(습도)의 함수로서 4πRcosθ로 정하였다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 응착력은 상대습도와 함께 단조롭게 감소한다. 0% 상대습도에서의 응착력은 이러한 실험들에 사용되는 두 개의 운모 표면사이의 건조 응착력이다.

전해질 수용액은 움직이는 전하 캐리어들, 구체적으로 용액속에 있는 양이온과 음이온 때문에 전기적으로 전도성을 띠는 물질이다. 이러한 이온은 물의 극성 특성에 의해 형성되고, 수화 이온으로서 존재하고 있다. 물층이 수화 이온의 두께와 비교하여 얇을 때, 그 시스템의 전도성은 낮은 것으로 된다. 구체적으로, 표면 막의 전도성은 두께를 감소시키는 것에 의해서 지수함수적으로 감소된다. 그러므로, 물의 표면막의 전기 전도성은 표면막이 너무 얇아서 용해된 이온의 이동을 감지할 수 없게 될 때, 낮아지게 된다. 전도성에 있어서 이러한 감소는 물함유량만 갖고 있다는 것을 의미한다. 막이 얇아진 때, 입자의 전도성은 부피체적 전도에 의해서 좌우된다.

1934년에 스미스소니안 학회에서 제8판 개정판으로 출판한 스미스소니안 물리표 제88권으로부터 고체 유전체의 체적과 표면저항의 표를 도 6에 재현하였다. 체적 저항 ρ는 센티미터 입방체의 마주보는 두 면사이의 저항이다. 표면 저항 σ은 표면 센터 정사각형의 마주보는 가장자리 사이의 저항이다. 표면저항은 일반적으로 넓은 범위에 걸쳐 습도와 함께 변화될 수 있다. 모든 물질은 상대저항이 감소함에 따라 저항이 증가한다.

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 분리기에 대한 습도의 영향뿐만 아니라 입자의 표면전도성에 대한 습도의 영향을 논의하였다. 석영과 장석의 마찰전기 분리에 대한 습도의 영향을 논의하면서는 "20% 정도의 높은 상대습도에서 충분한 분리가 얻어졌다"라고 주장하고 있다. 더 낮은 상대습도에서 석영과 장석은 알루미늄에 대하여 음으로 대전된다. 더 높은 상대습도에서 장석은 양으로 대전되고, 더욱 높은 상대습도에서 석영도 양으로 대전된다. 매우 높은 상대습도에서 두 물질의 대전은 중지된다. 이 연구에서는, 다음 두 가지 영향을 통해서 이것을 설명하고 있다. 하나는 표면전도성이고, 다른 하나는 입자 표면이 모든 표면위에 흡수되는 동일한 수분막의 결과와 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 플라이애시를 마찰전기적으로 분리할 때, 측정되는 이러한 변화는 더 포착하기 어려워진다. 모든 경우에 있어서, 탄소는 계속 양으로 대전되고, 유리모양의 무기 광물은 음으로 대전된다. 그러나, 최적습도범위내에서 저탄소물질의 수율이 개선된다. 도 7은 저탄소 생성물과 그 탄소생성물의 탄소함유에 대한 원료 애시의 상대습도와의 관계를 설명한다. 상대습도 측정은 매우 정확하게 된 것이다. 애시 샘플은, 제올라이트 분자체의 클로스 백(cloth bag)에 접촉시키면서, 콘크리트 혼합기에서 플라이애시를 기계적으로 혼합함으로써 얻어진다. 이러한 애시들은 테스트하에서 상대습도로 또는 상대습도 이하로 건조된다. 필요하다면, 물은 테스트를 위해서 상대습도가 원하는 레벨까지 되도록 첨가시킬 수 있다. 샘플들은 대기에 접촉하는 것으로부터 보호되고, 유체화될 때 또는 퍼지가스가 사용될 때, 건조공기가 사용되서 매우 낮은 상대습도일 때를 제외하고는 가스는 테스트의 상대습도로 공급된다. 사용되는 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 인코포레이티드(HMI31과 함께 HMP35 또는 36에 표시되어 있음)에 의해서 제조된 상대습도 탐침으로 측정된다. 이러한 탐침은 특정한 온도에서 여러 포화 염분 용액과 비교하여서 적당하게 칼리브레이션된다. 낮은 상대습도에서는 안정된 레벨에 도달하도록 탐침으로 십분동안 측정하고 있어야 한다.

도 7의 그래프는 어떤 상대습도에서 최대 수율을 명확하게 보여주고 있다. 또한, 도 7은 저탄소 생성물이 최적 습도범위를 갖고 있다는 것을 보여주고 있다. 어떤 프로세스의 최적화는 여러 적절한 매개변수의 교체와 프로세스의 실용적인 값을 최대화하는 것을 필요로 한다. 플라이애시로부터 탄소를 제거하는 경우에, 탄소는 사용자에게 용인될 수 있는 레벨까지 제거되어야만 하고, 그 후에 수율이 최대화되어야 한다. 예를 들면, 로컬 애시 사용자가 3%의 탄소함유량을 필요로 한다면, 수율은 3% 미만의 탄소를 가진 애시를 생성하면서 최대화되어야 한다. 표1은 도 7, 도 8, 도 9로부터 얻어진 데이터를 표시한다. 첫번째 칼럼은, 애시 생성물이 3% LOI예시와 합치되는 곳에서의 상대습도를 표시하고 있다. 다음 칼럼은 구성요소가 3% LOI예시와 합치되는 곳의 상대습도에서 수율을 표시하고 있다.

이러한 동작에 대한 설명은 명백하지는 않다. 입자의 전도성이 문제되는 것이 아닐 수도 있다. 플라이애시에서의 탄소는 약 0.004 옴cm의 저항을 가진 전도성 물질이며, 수분막이 탄소 전도성에 중요하게 영향을 미치지 않을 정도로 매우 큰 전도성을 갖고 있다. 애시는 전도성의 크기가 10배 이상 더 작다. 그럼에도 불구하고, 입자의 전도성은 마찰전기 역류 벨트타입 분리기의 작동에 있어서 중요한 변수가 되지 않으며, 표면전도성에 있어서의 그에 따른 5 내지 25% 범위의 상대습도변화는 크지 않다. 응집은 단독적으로 설명되지 않는다. 더 낮은 상대습도는 응집을 덜 생기게 하며, 결과적으로 분리를 계속적으로 향상시키게 된다. 최적 상대습도 대신에 분리를 위한 최적상대습도범위가 관측된다. 입자가 건조되면서 수분막은 얇아지고, 그 표면이 건조되면서 그 표면은 더욱더 달라지게 된다. 입자가 덜 유사하게 되면서 입자 전하(particle charging)는 부호가 바뀌지 않을 것으로 기대되고, 양호한 분리가 악화되지 않는다..

도 7 내지 도 9는 상대습도에 대한 함수로서 여러 다른 플라이애시 샘플들의 생성물 수율과 생성물 순도의 그래프이다. 또한, 도 9는 저탄소 플라이애시 샘플의 생성물 수율을 두 개의 다른 온도함수로서 나타내고 있다. 도 7 내지 도 9에 설명된 바와 같이, 모든 샘플들은 상대습도를 갖고 있는 생성물 수율에서의 피크값과, 매우 낮거나 매우 높은 상대습도에서 수율이 하락하는 최적습도범위, 매우 높은 상대습도에서 생성물 순도의 하락을 보여주고 있다. 이러한 최적상대습도와 최적습도범위의 정확한 위치는, 작동 온도에 따라 다르며, 플라이애시의 여러 샘플들마다 다르다. 도 9를 참조하면, 애시의 온도에 따라 최적상대습도는 증가되며, 순수한 수율 또한 더 높아진다.

물질로부터 물을 제거하는 방법은 잘 알려져 있으며, 여러 많은 기술과 상업적인 설비들을 이용할 수 있다. 공기와 접촉하면서 물질을 가열하는 것은 공기의 상대습도를 감소시켜 수분이 물질로부터 공기중으로 방출도록 한다. 이러한 것은 예를 들면, 애시를 접촉시키기 전에 공기를 가열하거나, 공기와 접촉되기 전에 애시를 가열하거나, 또는 공기와 접촉시키면서 공기와 애시 둘 다를 가열함으로써 플라이애시에서 이루어질 수 있다. 미세 입자 건조설비는 세가지 방법 모두를 이용할 수 있다. 실질적으로, 모든 플라이애시 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 플라이애시의 상대습도를 조절하여서 어떤 특정한 상대습도범위를 유지되도록 하는 것이다. 일반적으로 이 조절은 상대습도를 증가시키는 수단과 상대습도를 감소시키는 수단 둘 다를 필요로 한다. 도 10은 침전기 호포(32)와 분리기(12) 사이의 애시 운반시스템내의 여러 점(62,64,66,68)에서 물을 주입함으로써 상대습도를 증가시키는 방법을 나타내고 있다. 도11은 가열기(72)로 운반공기를 더 가열하고, 운반기관(42)과 사일로(36)를 절연체(76)로 절연시킴으로써 운반하는 동안에 열손실을 감소시키고, 운반시스템(38,40,42)을 경유하는 운반공기의 흐름속도를 증가시키고, 특히 침전기 호포 또는 사일로의 바닥에서 침전기 유체화 공기운반시스템(61,63,65)을 부가하는 효과적인 기술을 포함하여, 애시의 상대습도를 감소시키는 여러가지 방법을 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 조절하도록, 충분하게 제어할 수 있는 구현가능한 시스템을 설계하여 활용할 수 있다.

도 10을 참조하면, 상대습도를 증가시켜서 최적 습도 범위내로 하기 위해 애시에 물을 첨가하는 것은, 애시의 상대습도가 너무 낮다면 사용할 수 있다. 운반에 사용되는 공기, 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 장치들에 관한 최신 기술은, 1993년에 L. 베이벨과 Z. 오르제쵸스키가 저술하고 테일러&프란시스에 의해서 출판되어 의회자료실 #93-8528, TP156.56L57 에 있는 "액체 원자화"에서 잘 설명되어 있다. 공기에 의한 물 원자화 장치들은, 상대적으로 큰 에너지양이 신속하게 혼합될 수 있는 높은 속도를 가진 미세한 물방울들을 생성하기 위해서 압축된 공기로 제공될 수 있으므로 유용하다.

습도 증가 장치들(62,64,66,68)의 특정 위치는 일반적으로 발전소의 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 공기를 유체화시키기 위해서 물이 운반기관(65)을 경유하여 사일로의 바닥에서 첨가되거나 또는 운반기관(65)을 경유하여 침전기의 바닥에서 첨가될 때 특히 중요하다. 플라이애시 사일로의 바닥에 물이 너무 많으면, 응집 및 사일로의 봉쇄를 야기한다. 필요한 물의 양은 아주 작다.

도 3을 참조하면, 시간당 50톤으로, 13% LOI 애시인 경우 애시의 상대습도를 5%에서 10%로 증가시키는 것은, 수분함유량이 0.04% 에서 0.06%로 증가하는 것이거나, 0.02% 증가는 톤당 약 0.4파운드, 또는 시간당 약 50톤의 흐름속도를 위해서 시간당 약 20파운드가 되는 것을 의미한다. 액체인 물의 주입은 상대습도를 증가시키기 위해 행해지지만, 물이 애시 전체로 분산되는 것을 주의해야 한다. 물을 주입하기 위한 하나의 방법은 테네시주 38351 렉싱턴 델레반 드라이브 200에 사는 델레반이 만든 공기분무기 모델 #38972-2를 사용하는 것으로, 이 모델은 압축된 공기를 매우 미세한 물방울들로 만들기 위해서 사용된다. 액체인 물은 애시 운반시스템 내의 여러 장소(62,64)에서 주입될 수 있다. 또한 공급 저장 사일로의 아래에 있는 주입점(68)에서 또는 사일로의 바닥내의 유체화점(66)에서 물을 주입하는 것은, 애시의 상대습도가 물주입 이전에 사일로내에서 측정되므로 편리하며, 제어된 물의 양이 사용될 수 있다. 또한 스크린 및 유체화 공급기(56)는, 애시 전체에 물을 혼합하고 분산하기 위해서 제공된다.

물은 운반공기를 압축하는데 사용되는 압축기(38)에 주입되고, 압축된 공기를 증발 냉각하여 압축에너지를 약간 낮게 한다. 애시 저장 사일로(36) 이전에 플라이애시에 물을 첨가하거나, 플라이애시로부터 물을 제거하는 것은, 입자 사이를 이동하는 물의 체류시간을 길게 한다. 이 경우에, 애시상에 존재하는 물의 초기 분포는, 물첨가와 물분리 사이의 경과시간이 더 짧아지므로 획일적으로 할 필요는 없다.

도 11을 참조하면, 플라이애시 상대습도를 최적습도범위내로 감소시키기 위한 여러가지 실시예를 설명하고 있다. 플라이애시 운반중에 발생되는 열손실을 감소시키기 위한 장치가 사용되고 있으며, 운반기관(42)을 통한 취급은 절연체(76)로 운반기관(42)과 사일로(36)를 절연시킴으로써 이루어진다. 일반적으로, 발전소의 애시 취급시스템에서 플라이애시는 150℉ 보다 높은 온도에서 정전기 침전기 호포(32)로부터 분리된다. 만약 애시를 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 가지게 된다. 애시와 공기가 사일로(36)에서 분리될 때, 보다 적은 물은 공기로부터 이탈되므로, 애시만이 남게 된다. 라인을 절연시키는 등으로 침전기 호포와 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 높고, 고온에서 애시와 접촉하고 있는 공기를 수분이 많이 제거된 건조공기로 대체하면 수분중에 대부분이 제거된다. 예를 들면, 사일로에 운반되기 전에 애시로부터 연도가스를 대체하기 위해 건조공기를 충분히 갖고 있는 공기운반시스템(61,63,65)을 경유하는 것과 같이 침전기 호포(32)를 유체화시킴으로써 애시-공기 시스템으로부터 물이 제거된다.

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. 탄소입자와 플라이애시를 마찰전기적으로 대전시키기 위해 플라이애시를 마찰전기 분리기로 도입하는 단계와 상기 대전된 플라이애시로부터 상기 대전된 탄소입자를 정전기적으로 분리하는 단계를 포함하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법에 있어서,

   플라이애시로부터 탄소입자를 마찰전기적으로 분리하기 위해, 마찰전기 분리기로 플라이애시가 도입되기 전에 상기 플라이애시의 상대습도가 약 5%~30%의 최적상대습도범위로 조절되는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 플라이애시의 상대습도가 감소되는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 플라이애시의 상대습도가 증가되는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 플라이애시의 상대습도는 원격수집 빈으로부터 상기 마찰전기 분리기로 플라이애시를 운반하는데 사용되는 공기에 물을 첨가함으로써 증가되는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 첨가되는 물은 액체 상태인 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 첨가되는 물은 수증기상태인 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
8. 제4항에 있어서, 상기 상대습도는 마찰전기 분리기의 공급부에서 플라이애시에 물을 첨가함으로써 증가되는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 플라이애시가 상기 마찰전기 분리기의 공급부의 유체화 영역을 통과하기 전에 플라이애시에 물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
10. 제3항에 있어서, 상기 플라이애시 피드의 상대습도는,

    상기 마찰전기 분리기에 애시를 운반하는, 주위온도보다 높은 애시-공기 운반시스템내에서 감소된 상대습도의 공기와 플라이애시를 결합시키는 단계;

    상기 애시-공기 운반시스템을 주위온도보다 높게 유지시키는 단계;

    상기 애시-공기 운반시스템이 주위온도보다 높은 상태에 있는 동안 애시로부터 공기를 빼내는 단계; 및

    상기 마찰전기 분리기로 공급하기 위한 애시를 수집하는 단계에 의해서 감소되는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법
11. 제10항에 있어서, 공기의 상대습도는 공기를 가열하거나 공기를 건조시키는 것 중 하나에 의하여 감소되는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
12. 제3항에 있어서, 플라이애시의 상대습도는, 플라이애시를 유체화하는데 사용되는 공기를 가열함으로써 감소되는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 방법.
13. 플라이애시를 수용하고, 대전된 플라이애시로부터 대전된 탄소입자를 전기적으로 분리하기 위해 탄소입자와 플라이애시를 마찰전기적으로 대전시키는 마찰전기 분리기를 포함하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치에 있어서,

    상기 장치는, 플라이애시로부터 탄소입자를 마찰전기적으로 분리하기 위해 마찰전기 분리기 이전에 플라이애시를 수용하여 플라이애시의 상대습도를 약 5%~30%의 최적상대습도범위로 조절하는 플라이애시 처리수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 플라이애시 처리수단은 원격수집 빈으로부터 마찰전기 분리기로 플라이애시를 운반하는데 사용되는 운반공기에 물을 첨가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 플라이애시 처리수단은 상기 마찰전기 분리기의 공급점에서 플라이애시에 물을 첨가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치.
16. 제13항에 있어서, 상기 플라이애시 처리수단은 상기 마찰전기 분리기로 공급하는 애시저장용기내에 있는 플라이애시에 물을 첨가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치.
17. 제13항에 있어서, 원격수집 빈으로부터 상기 마찰전기 분리기로 플라이애시를 운반하는데 운반공기가 사용되고, 상기 플라이애시 처리수단은 플라이애시와 운반공기를 결합하기 전에 운반공기를 가열하는 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 원격수집 빈으로부터 상기 마찰전기 분리기로 플라이애시를 운반하는 공기운반시스템은, 이 공기운반시스템내에서 운반공기의 열손실을 감소시키기 위해서 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 공기운반시스템의 단부에 상기 마찰전기 분리기로 공급하는 출구포트를 갖고 있는 애시저장용기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치.
20. 제13항에 있어서, 상기 플라이애시 처리수단은 플라이애시와 공기를 결합하기 전에 플라이애시를 유체화하는데 사용되는 공기를 가열하는 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치.
21. 제13항에 있어서, 상기 플라이애시 처리수단은 운반공기와 플라이애시를 결합하기 전에 원격수집 빈으로부터 상기 마찰전기 분리기로 플라이애시를 운반하는데 사용되는 운반공기를 건조시키는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이애시로부터 탄소입자를 분리하는 장치.
22. 전기를 발생시키는데 사용되는 열을 생성하기 위해 석탄을 연소시키고 가스형태로 보일러의 밖으로 배출되는 불연물질을 생성하는 보일러; 상기 보일러에 연결되어 있고 이 보일러로부터 배출되는 가스를 수용하여 가스내에 함유되어 있는 애시를 수집하는 애시분리시스템; 상기 애시분리시스템에 연결되어 있고 수집된 애시를 수용하여 수집된 애시를 원격저장용기로 운반하는 플라이애시 운반시스템; 및 상기 원격저장용기로부터 플라이애시를 수용하여 플라이애시 뿐만 아니라 플라이애시내의 탄소입자를 마찰전기적으로 대전시켜서 상기 대전된 플라이애시로부터 상기 대전된 탄소입자를 정전기적으로 분리하는 마찰전기 역류 벨트타입 분리기를 포함하고 있는 상용 발전소시스템에 있어서:

    상기 시스템은 플라이애시로부터 탄소입자를 마찰전기적으로 분리하기 위해, 상기 원격저장용기로부터 플라이애시를 수용하여 플라이애시의 상대습도를 약 5%~30%의 최적상대습도범위로 조절하는 플라이애시 처리수단을 상기 마찰전기 분리기 이전에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상용 발전소시스템.