(57)【要約】      （修正有）【課題】バイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物、より詳細には、バイオマス燃料に含有された無機物の溶融温度を上昇させて火力発電所ボイラーの内壁のファウリング、スラッギング及び腐食を効果的に抑制し、発電設備の熱効率を最適化することができる添加剤組成物の提供。【解決手段】Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２のうち少なくとも１つを含み、バイオマス混焼または専用ボイラーに投入される燃料１００重量部に対して、酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が０．１ないし５重量部となるように適合されている、添加剤組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食を、酸化アルミニウムを利用して防止するための添加剤組成物であって、
当該添加剤組成物は、Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２のうち少なくとも１つを含み、且つ、バイオマス混焼または専用ボイラーに投入される燃料１００重量部に対して酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が０．１ないし５重量部となるように、当該添加剤組成物が適合されている、添加剤組成物。
【請求項２】
当該添加剤組成物は火力発電所の副産物である石炭灰をさらに含み、ここで、バイオマス混焼または専用ボイラーに投入される燃料１００重量部に対して、前記石炭灰が０．１ないし５重量部となるように、当該添加剤組成物が適合されている、請求項１に記載の添加剤組成物。
【請求項３】
当該添加剤組成物はアルミニウム製錬において、Ｂａｙｅｒ法によってボーキサイトからアルミナを採取した残渣であるＡｌ２Ｏ３が含有されたシリカをさらに含み、ここでバイオマス混焼または専用ボイラーに投入される燃料１００重量部に対して、前記Ａｌ２Ｏ３が含有されたシリカが０．１ないし１０重量部となるように、当該添加剤組成物が適合されている、請求項１に記載の添加剤組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物に関し、より詳細には、酸化アルミナを利用してバイオマス燃料に含有された無機物の溶融温度を上昇させてバイオマスボイラーの内壁のファウリング、スラッギング及び腐食を効果的に抑制し、発電設備の熱効率を最適化することができる添加剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
パリ気候協約によって各国は二酸化炭素の排出量を減らし、再生可能エネルギー市場の拡大と競争力を育てるために再生可能エネルギーの活性化制度を施行している。
【０００３】
ウッドチップ、ウッドペレット、パーム椰子種殻などのバイオマスは既存燃料と比較して硫黄含量が少なく、ＣＯ２発生量を低減させることができるという点で環境に優しい再生可能エネルギーとして脚光を浴びているが、既存燃料対比熱量が顕著に低いことによってバイオマスを既存燃料と混焼する時に発熱量の差による局部的な熱不均衡を引き起こして熱効率を減少し、結果的に発電費用を増加させる問題点がある。
【０００４】
また、バイオマス混焼時にはバイオマス内に含有されている灰分のうち溶融点が低い無機物が燃焼過程で溶け落ちるようになるが、かかる無機物が流動してボイラーの内壁及び熱交換部などに焦げ付いて成長するスラッギング及びファウリング現象が発生し、かかる現象はボイラーの熱効率を顕著に低下させて燃焼路内の流動パターンを妨害し、ひいてはボイラーの内壁を深刻に損傷させる問題を起こす。
【０００５】
また、バイオマスに含まれているＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏのような強アルカリ成分は揮発性が強くボイラー内部での滞留期間が短いため、不均一燃焼を誘発するだけでなく、燃焼路内のアッシュとの反応で内壁をコーティングさせ、これによってボイラー内部の内壁を含む金属表面が腐食するという問題点も存在するため、石炭及びバイオマス混焼時に現われるボイラー内部の熱不均衡、スラッギング、ファウリング及び腐食問題に対する解決策を用意することが急がれる実情である。
【０００６】
かかる問題点を解決するために従来の技術として、
韓国登録韓国特許第１０−１５４２０７６号“固体燃料の燃焼添加剤組成物及びこの利用方法”では水１００重量部に対して、銅前駆体０．１〜２０重量部、マグネシウム前駆体１０〜３００重量部を含む固体燃料の燃焼添加剤組成物を提示しており、
韓国登録韓国特許第１０−０６４２１４６号“耐寒性向上及びスラグ防止とクリンカーが効果的に除去される燃料添加剤組成物”では水溶性溶媒３０〜８６．９８重量％、燃焼促進剤５〜２０重量％、安定化剤０．０１〜５重量％、アルカリ金属化合物５〜２５重量％、金属化合物０．０１〜５重量％及び界面活性剤化合物３〜１５重量％を含む燃料添加剤組成物を提示しており、
韓国登録韓国特許第１０−１５８６４３０号“ペレットと石炭燃料及び焼却用廃棄物の燃焼率向上のための燃料添加剤組成物”ではケイ酸ナトリウム１００重量部に対して過酸化水素５〜１５重量部、水酸化ナトリウム３０〜４５重量部、硼砂１〜１０重量部、酸素水１０〜５０重量部、グリセロール２〜５重量部、脂肪酸エステル１〜３重量部、界面活性剤２〜５重量部、セラミックボール１０〜３０重量部からなる燃料添加剤組成物を提示している。
【０００７】
しかし、上記の技術はすべて液状形態の添加剤として火力発電所ボイラーに投入時に必要なメカニズムであり、バイオマスボイラーに適用される時にはその効果を期待し難いという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決するために提案されるものであって、固体粉末形態の添加剤である酸化アルミナを利用してバイオマス燃料に含有されている無機物の溶融温度を上昇させることでバイオマスボイラーの内壁のファウリング、スラッギング及び腐食を効果的に抑制し、発電設備の熱効率を最適化させることができる酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物を提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の実施例に係る酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物は、バイオマス混焼または専用ボイラーに投入される燃料１００重量部に対して酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）０．１ないし５重量部含まれ得る。
【００１０】
また、火力発電所の副産物である石炭灰を０．１ないし５重量部さらに含まれ得る。
【００１１】
また、アルミニウム製錬において、Ｂａｙｅｒ法によってボーキサイトからアルミナを採取した残渣であるＡｌ２Ｏ３が含有されたシリカが燃料１００重量部に対して０．１ないし１０重量部さらに含まれ得る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施例に係る酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物はバイオマス燃料に含有されている無機物の溶融温度を上昇させてバイオマスボイラーの内壁のファウリング、スラッギング及び腐食を効果的に抑制し、発電設備の熱効率を最適化させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物の投入後経過日に係るフライアッシュ及びボトムアッシュ内のカリウム含量グラフである。
【図２】ファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物の投入前のボイラー内チューブ形状を示したものである。
【図３】ファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物の投入後のボイラー内チューブ形状を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照した本発明の説明は特定の実施形態に対して限定されず、多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができる。また、以下で説明する内容は本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変換、均等物ないし代替物を含むものと理解されなければならない。
【００１５】
また、本発明で用いられる単数の表現は文脈上明白に異なる意味を有しない限り、複数の表現を含む。また、以下で記載される“含む”、“備える”または“有する”などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものと解釈されなければならず、一つまたはそれ以上の他の特徴や、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
【００１６】
また、本発明の実施例に係る原理を説明するにおいて、係る公知技術または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にし得ると判断される場合にはその具体的な説明を省略することとする。
【００１７】
以下、本発明の実施例に係る酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物について詳細に説明することとする。
【００１８】
本発明の一実施例に係る酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物は火力発電所のバイオマス混焼または専用ボイラーに投入される燃料１００重量部に対して酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が０．１ないし５重量部が添加され得る。
【００１９】
ここで、酸化アルミナは燃料１００重量部対比の含量が０．１重量部未満の場合、ファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤としての効果を期待し難く、５重量部を超過する場合は経済性が低減し得る。
【００２０】
また、本発明の一実施例に係る酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物は火力発電所の副産物である石炭灰０．１ないし５重量部がさらに含まれ得る。即ち、石炭灰は火力発電所のバイオマス混焼または専用ボイラーに投入される燃料１００重量部に対して０．１ないし５重量部が含まれ得る。
【００２１】
燃料に添加される石炭灰は酸化アルミナの含量及び化学的結合に必要なＳｉＯ２を提供する機能が含まれ得て、具体的に酸化アルミナの含量を約２５％内外に調節し得る。しかし、前記含量は例示的なものであって、必ず限定される事項ではない。
【００２２】
ここで、石炭灰は０．１重量部未満の場合、ファウリング、スラッギングなどを防止する添加剤としての役割を期待し難く、５重量部を超過する場合は添加剤組成物の酸化アルミナ含量が低下してファウリング、スラッギング及び腐食防止効果が低減し得る。
【００２３】
また、本発明の実施例に係る酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物はアルミニウム製錬において、Ｂａｙｅｒ法によってボーキサイトからアルミナを採取したＡｌ２Ｏ３が含有されたシリカを０．１ないし１０重量部さらに含まれ得る。
【００２４】
上記のＡｌ２Ｏ３が含有されたシリカはバイオマスボイラーに添加される時、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２が無機物の溶融点を上昇させることができ、これにより燃焼路内のスラッギング及びファウリングなどを防止することができる。
【００２５】
この時、Ａｌ２Ｏ３が含有されたシリカは燃料１００重量部に対して０．１重量部未満が添加される時にファウリング、スラッギングなどを防止する添加剤としての役割を期待し難く、１０重量部超過時に燃料及びボイラー内のアルカリ金属と反応できない未反応による廃棄物処理費用の増加により経済性が低減し得る。
【００２６】
以下、上記のような本発明の実施例に係る酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物の原理に対して具体的に説明することとする。
【００２７】
バイオマス燃料は一般的にＫ、Ｎａなどのアルカリ成分無機物を含んでいるが、ＫとＮａがそれぞれＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏの形態で形成される時には低い溶融温度（８００℃以下）を発生させる。これによって、循環流動層ボイラー内の燃焼過程で燃焼室の温度が８００℃以上に維持される時に燃料内の無機物が溶融された状態でガス流れに沿って排出されてからボイラーのチューブに当たって急冷、凝集されてチューブ表面に付着及び堆積される現象が発生する。このように生成されたスラッギング及びファウリング現象はボイラー内の熱効率を急激に低下させるようになる。
【００２８】
これを解決するために本発明では酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）添加剤組成物を燃焼炉内に投入してバイオマスに含有されている無機物の溶融温度を高くすることができ、その反応式は下記の通りである。
【００２９】
（１）Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋２Ｋ（ＯＨ）−＞Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２・Ｋ２Ｏ＋３Ｈ２Ｏ
（灰の溶融温度を約１０００℃に上昇させる）
２）Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋２Ｎａ（ＯＨ）−＞Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２・Ｎａ２Ｏ＋３Ｈ２Ｏ
（灰の溶融温度を約１２００℃に上昇させる）
上記反応式によってアルミナ添加剤組成物の投入後、バイオマス燃料内の無機物の溶融温度はボイラーの燃焼温度を上回るようになり、溶融状態の無機物が引き起こすスラッギング及びファウリング現象を化学的に抑制する効果を期待することができる。
【００３０】
本発明の添加剤組成物にさらに含まれ得る石炭灰は既に火力発電所のボイラーで燃焼過程を一回経た物質であって、添加剤組成物が燃焼する時に燃焼されずに固体成分として残って灰分とともに循環する。この時、循環する石炭灰は既に存在するクリンカーを物理的に炉壁から脱落させる効果を発揮し、ボイラーの内壁に付着時に石化しないので、クリンカーを内壁から剥離させる効果も期待することができる。
【００３１】
また、ボイラー内の金属表面の腐食現象は主にスラッギング及びファウリングが形成される堆積物と触れてボイラー内の金属表面の接点で形成されるので、スラッギング及びファウリングを抑制することはこのような腐食現象が起こり得る環境を基本的に抑制する効果をもたらすことができる。
【００３２】
一方、本発明の実施例に係る酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物は、酸化アルミナと同一の効果を有するアルミニウム副産物から組成されることもある。
【００３３】
ここで、アルミニウム副産物は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が含有された副産物であって、バイオマス混焼または専用ボイラーに投入される燃料１００重量部に対してアルミニウム副産物は０．１ないし５重量部が添加され得て、この時に酸化アルミニウムの含量は１０ないし９０％であり得る。
【００３４】
これは、上述した酸化アルミナと同一の理由で酸化アルミニウム含量が１０％未満の場合、ファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤としての効果を期待し難く、９０％を超過する場合、産業副産物としての経済性が低減し得るからである。
【００３５】
また、上記酸化アルミナ及び酸化アルミニウム副産物は粒度がそれぞれ１０ないし１５００μｍであり得る。これは、アルミニウム副産物の粒度が１０μｍ未満の場合、浮遊現象によって燃焼路内の充分な反応時間を確保することができずボイラーサイクロン後段に移送することがあり、粒度が１５００μｍを超過する場合、充分に循環されることができずにファウリング、スラッギング及び腐食防止の効果が低減し得るからである。
【００３６】
以下、図１ないし図３を参照して本発明に係る酸化アルミナを利用したバイオマス混焼または専用ボイラーのファウリング、スラッギング及び腐食防止用添加剤組成物の実施例をさらに具体的に提示するが、次に提示する実施例によって本発明が限定されるものではない。
【００３７】
［実験例１］
酸化アルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３）とカリウム（Ｋ）との関係を考察するため、循環流動層火力発電所のボイラーに一日平均９１９トンの有煙炭及び２，１４４トンのウッドペレットの燃料と、酸化アルミナ４トン（燃料１００重量部に対して０．１３１重量部）及び火力発電所の石炭灰５トン（燃料１００重量部に対して０．１６３重量部）を投入して９日間で一日平均２２時間稼動した。
【００３８】
ボイラー内のスラッギング及びファウリングの抑制効果はボイラー外部に排出されるフライアッシュ及びボトムアッシュ内のＫ及びＮａなどのアルカリ成分含量が高いほど、ボイラー内のスラッギング及びファウリング形態で堆積及び付着されているアルカリ成分が少ないことを確認することができ、これはスラッギング及びファウリングが抑制されたことと解釈することができる。
【００３９】
実験例１にフライアッシュ及びボトムアッシュ内のカリウム含量グラフは図１に示して整理し、実験例１の実験期間総９日間の実験前後の写真はそれぞれ図２と図３に示した。
【００４０】
［実験例２］
燃料に対する酸化アルミナの適正量を考察するため、循環流動層火力発電所ボイラーに５基に一日平均９００トンの有煙炭及び２，１００トンのウッドペレットの燃料（総３０００トンの燃料）と、酸化アルミナを下記実施例１ないし４及び比較例１のようにそれぞれ異にしてファウリング、スラッギング及び腐食防止に対する効果を測定した。
【００４１】
測定は実施例１ないし４及び比較例１と同じ条件で一日平均２２時間４週間ボイラーを稼動後、ボイラー内部を肉眼で観察してファウリング、スラッギング及び腐食の各項目に対して発生率を非常に低い、低い、普通、高い、非常に高いでチェックし、これに対する結果は下記表１の通りである。
【００４２】
［実施例１］
燃料３０００トンに対して酸化アルミナ１．５トンを投入した。（燃料１００重量部に対する酸化アルミナ０．０５重量部）
［実施例２］
燃料３０００トンに対して酸化アルミナ３トンを投入した。（燃料１００重量部に対する酸化アルミナ０．１重量部）
［実施例３］
燃料３０００トンに対して酸化アルミナ１５０トンを投入した。（燃料１００重量部に対する酸化アルミナ５重量部）
［実施例４］
燃料３０００トンに対して酸化アルミナ１６５トンを投入した。（燃料１００重量部に対する酸化アルミナ５．５重量部）
［比較例１］
燃料３０００トンに対して酸化アルミナ未投入
【００４３】
【表１】
2020090674.tif 000002
上記表１を考察すれば、実施例２の場合、比較例１に比べてファウリング、スラッギング及び腐食に対する改善があまり優れていないが、効果があることが確認され、実施例３の場合は比較例１に比べて顕著な効果が発生されることを確認することができる。
【００４４】
また、実施例１の場合、比較例１に比べて改善効果が極微であり、実施例４の場合は、実施例３に比べて何ら効果の差がないことを確認することができる。
【００４５】
これによって、実施例２と実施例３との隣接範囲（燃料１００重量部に対して酸化アルミナが０．１ないし５重量部範囲）内で投入されることがファウリング、スラッギング及び腐食に対する効果を奏することを確認することができる。
【００４６】
以上に添付された図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施し得ることを理解することができる。従って、以上で記述した実施例はすべての面で例示的なものであり、限定的ではない。
【図１】
2020090674.tif 000003
【図２】
2020090674.tif 000004
【図３】
2020090674.tif 000005