[논문]비회 겉보기 밀도와 벨트컨베이어 이송용량

박물관

비회 겉보기 밀도와 벨트컨베이어 이송용량 원문보기

박물관 ((주)GS건설 플랜트사업본부)

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문제 정의

본 고에서는 비회의 재사용을 위해 영흥 Y발전소에서 해상으로 이송 중 공기부상식 벨트컨베이어에서의 사행 및 문제점을 분석하고 이를 통해 개선안을 제시하고자 한다.

가설 설정

이러한 현상의 원인은 앞서 설명한 것과 같이 운반물 넘침현상 때문에 발생한 것이다. 셋째로 운반물 넘침현상으로 인해 벨트 운전방향으로 비회가 운반되지 않고 운전반대방향으로 밀리는 것이다. 운반되지 못한 비회는 구동모터 반대편의 테일 풀리의 하부주로 쌓인다.

제안 방법

점검창을 통해 스틸자를 넣고, 점검창 끝을 기준점으로 정하여 벨트가 정지 시, 사전에 높이를 측정하고, 운송 중일 때 비회의 상단 높이에 기준을 맞춰 초기 점검구의 기준점을 측정하였다. 그 차이 값에 벨트가 공기가 부상하는 높이 3 mm를 감안하여 실제 운송중인 벨트 위에 적층된 비회의 높이를 도출하였다.
본 고에서는 경기도 영흥에 소재한 Y발전소의 비회 해상반출설비에서 이송용량 500 t/h, 이송 속도 4.2 m/s, 운반물 비회 겉보기 밀도 0.72 t/m³를 기준으로 설계된 공기부상식 벨트컨베이어를 사용하여 운반물인 비회가 체적상승으로 벨트 위로 넘침(overflow)현상의 고장발생사례를 조사하였다. 비회 겉보기 밀도가 높을수록 안전이 송운전이 가능해지고, 겉보기 밀도가 낮을수록 넘침현상이 발생함을 알 수 있었다.
비회 넘침현상의 원인을 분석하기 위하여 운반물의 겉보기 밀도를 측정하였다. 벨트컨베이어의 중간지점에 위치한 점검구를 이용하였고, 측정도구로써는 1 m의 스틸자를 이용하였다.
벨트컨베이어의 중간지점에 위치한 점검구를 이용하였고, 측정도구로써는 1 m의 스틸자를 이용하였다. 점검창을 통해 스틸자를 넣고, 점검창 끝을 기준점으로 정하여 벨트가 정지 시, 사전에 높이를 측정하고, 운송 중일 때 비회의 상단 높이에 기준을 맞춰 초기 점검구의 기준점을 측정하였다. 그 차이 값에 벨트가 공기가 부상하는 높이 3 mm를 감안하여 실제 운송중인 벨트 위에 적층된 비회의 높이를 도출하였다.
첫 번째로 정부에서 산업부산물의 재활용을 촉진하고자 1993년부터 “철강슬래그 및 석탄재 배출사업자의 재활용 지침”을 제정 운용하여 용도별 규격에 따른 재활용 방법, 재활용 계획의 수립 그리고 재활용 목표율을 규정한 것이다.

대상 데이터

비회 넘침현상의 원인을 분석하기 위하여 운반물의 겉보기 밀도를 측정하였다. 벨트컨베이어의 중간지점에 위치한 점검구를 이용하였고, 측정도구로써는 1 m의 스틸자를 이용하였다. 점검창을 통해 스틸자를 넣고, 점검창 끝을 기준점으로 정하여 벨트가 정지 시, 사전에 높이를 측정하고, 운송 중일 때 비회의 상단 높이에 기준을 맞춰 초기 점검구의 기준점을 측정하였다.
영흥 Y발전소에 발생된 비회의 시료는 KS L 5110의 단순 램덤 샘플링으로 70 g을 하나의 검사 단위체로 하여 비회의 집진장치 호퍼에서 채취하였다. 한국건자재시험연구원에서 발행한 비회의 화학적 특성과 물리적 특성의 성적서를 표 1에 나타내었다.
인천시 영흥면에 소재한 Y발전소의 비회 해상반출설비를 사례분석 대상으로 선정하였다. 비회 해상반출설비는 비회 저장고에서 공기슬라이더(air slider)를 통해 공기부상식 벨트컨베이어 이송시키고, 공기부상식 벨트컨베이어를 통해 이송된 비회는 공기슬라이더에 의해 선박에 이송되는 설비이다.

성능/효과

체적기준 시간당 최대이송량은 764 m³/h으로 운전 시 설계 비회적층높이는 120 mm이다. 120 mm의 적층높이를 유지하며 100회 운전한 결과 시간당 이송된 비회의 무게가 200 t/h ~ 550 t/h 인 것으로 나타났다. 이를 통해 비회의 겉보기 밀도가 0.
공기부상식 벨트컨베이어에서의 100차례 운전 결과, 비회의 겉보기 밀도는 0.3 ~ 0.8 t/m³의 범위내에서 변화함을 알 수 있었고, 측정결과의 최저 겉보기 밀도인 0.3 t/m³일 때를 기준으로 하여 220 t/h로 이송용량을 제한해야 함을 알 수 있었다.
첫째로 운반물 넘침현상은 벨트와 트로프 사이에 비회가 삽입됨으로서 공기부상에 영향을 주어 노즐이 막히는 현상을 발생시키고, 벨트의 공기부상이 어렵게 되어 벨트와 트로프 사이의 마찰저항이 커져 이송을 어렵게 한다. 둘째로 운반물 넘침현상으로 인해 벨트와 트로프 사이에 비회가 지속적으로 과다 삽입됨으로서 벨트가 정상적인 U형을 벗어나 형태가 변화된다. 벨트 형태의 변화는 벨트가 접히거나, 비회가 벨트위로 운반되지 않아 컨베이어 프레임에 가득 차버리는 결과를 낳는다.
/h으로 운전 시 설계 비회 적층 높이인 120 mm으로 적층높이를 유지하며 100회 운전한 결과 시간당 이송된 비회의 무게가 200 t/h ~ 550 t/h 인 것으로 나타났다. 따라서 비회의 겉보기 밀도는 0.3 ~ 0.8 t/m³의 범위내에서 변화함을 알 수 있었고, 측정결과의 최저 겉보기 밀도인 0.3 t/m³일 때를 기준으로 하여 220 t/h로 이송용량을 제한해야 함을 알 수 있었다.
72 t/m³를 기준으로 설계된 공기부상식 벨트컨베이어를 사용하여 운반물인 비회가 체적상승으로 벨트 위로 넘침(overflow)현상의 고장발생사례를 조사하였다. 비회 겉보기 밀도가 높을수록 안전이 송운전이 가능해지고, 겉보기 밀도가 낮을수록 넘침현상이 발생함을 알 수 있었다.
한국화학실험연구원에서 발행한 비회 성적서를 표 2에 나타내었다. 비회는 이산화규소(SiO₂), 산화알루미나(Al₂O₃) 및 산화철(Fe₂O₃)이 86.79 wt% 구성됨을 확인할 수 있었다.
영흥도 Y발전소에서 비회 체적기준 시간당 최대이송량인 764 m³/h으로 운전 시 설계 비회 적층 높이인 120 mm으로 적층높이를 유지하며 100회 운전한 결과 시간당 이송된 비회의 무게가 200 t/h ~ 550 t/h 인 것으로 나타났다. 따라서 비회의 겉보기 밀도는 0.
영월 및 동해는 전량을 시멘트 공장의 원료로 비회를 공급하고 있어 재활용률이 높으나, 서천과 영동은 시멘트 공장에 공급하는 것이 힘들어 재활용률이 낮다. 유연탄의 석탄회를 보면 비회 정제공장이 있는 보령, 삼천포 및 태안 등은 재활용률이 60%이상인 것으로 나타났다. 용도별 비회의 재활용 실적을 보면 콘크리트 혼화재가 54%, 시멘트 원료가 35%, 지반 ∙ 성토재 8%, 시멘트 2차제품 2% 및 기타가 1%를 차지하고 있다.
120 mm의 적층높이를 유지하며 100회 운전한 결과 시간당 이송된 비회의 무게가 200 t/h ~ 550 t/h 인 것으로 나타났다. 이를 통해 비회의 겉보기 밀도가 0.3 ~ 0.8 t/m³의 범위 내에서 변화됨을 알 수 있었다.
벨트컨베이어와 달리 공기부상식 컨베이어에서만 나타나는 비회 운반물 넘침현상은 심각한 결과를 수반한다. 첫째로 운반물 넘침현상은 벨트와 트로프 사이에 비회가 삽입됨으로서 공기부상에 영향을 주어 노즐이 막히는 현상을 발생시키고, 벨트의 공기부상이 어렵게 되어 벨트와 트로프 사이의 마찰저항이 커져 이송을 어렵게 한다. 둘째로 운반물 넘침현상으로 인해 벨트와 트로프 사이에 비회가 지속적으로 과다 삽입됨으로서 벨트가 정상적인 U형을 벗어나 형태가 변화된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

비회는 무엇으로 활용되는가?

과거에는 환경적인 측면에서 부담이 된 석탄회가 최근 정제기술의 발전으로 재활용되어 발전소에 경제적으로 효자 역할을 하고 있다. 특히 석탄회의 85% 정도를 차지하는 비회(fly ash)는 산업현장 및 시멘트 공장에서 콘크리트와 시멘트의 혼화재로 활용된다. 비회를 이송하기 위한 수단으로는 화물트럭과 비회이송선박이 이용된다.

해상반출설비는 무엇인가?

비회를 이송하기 위한 수단으로는 화물트럭과 비회이송선박이 이용된다. 다량의 비회를 단시간에 효율적으로 운반하기 위해 최근 선박의 이용이 증가되고 있으며, 비회저장고(fly ash silo)에서 선박까지 비회를 운반하는 컨베이어 설비를 해상반출설비(fly ash shipping system)라 한다.

운반물 넘침현상으로 인해 벨트와 트로프 사이에 비회가 지속적으로 과다 삽입됨으로서 벨트가 정상적인 U형을 벗어나 형태가 변화하는 것이 야기하는 결과는?

둘째로 운반물 넘침현상으로 인해 벨트와 트로프 사이에 비회가 지속적으로 과다 삽입됨으로서 벨트가 정상적인 U형을 벗어나 형태가 변화된다. 벨트 형태의 변화는 벨트가 접히거나, 비회가 벨트위로 운반되지 않아 컨베이어 프레임에 가득 차버리는 결과를 낳는다. 그림 6은 컨베이어 프레임의 끝부분의 점검구를 통해 본 내부 사진이다.

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