바이오매스 펠릿의 슬래깅을 방지하는 방법: 5가지 주요 원인 및 해결책
슬래깅으로 인해 보일러의 효율성과 수익이 저하됩니까?
혼자가 아닙니다. 이 종합 가이드는 바이오매스 펠릿 슬래깅의 근본 원인을 분석하고, 가동 중단 시간을 줄이고, 유지 보수 비용을 절감하며, 수익을 개선할 수 있는 실질적인 솔루션을 제시합니다.
슬래깅은 연료 속 재가 고온에서 용융점에 도달할 때 발생합니다. 용융된 재는 서로 융합하거나 용광로 벽과 격자에 달라붙어 냉각 시 단단하고 소결된 퇴적물을 형성합니다.
1. 원자재 요인(근본 원인)
연료의 구성은 슬래깅 경향을 결정하는 주요 요인입니다.
회분 함량 및 구성
높은 회분 함량: 나무껍질, 벼 껍질, 짚과 같은 원료는 본질적으로 회분 함량이 높아 슬래그 형성에 필요한 재료가 더 많습니다.
높은 알칼리 금속 함량(K, Na): 이것이 가장 중요한 요소입니다. 칼륨과 나트륨은 700°C의 낮은 온도에서도 녹을 수 있는 저융점 규산염(유리질 물질)을 형성하여 슬래그의 주요 "접착제" 역할을 합니다.
높은 염소 함량: 염소는 칼륨 및 나트륨과 반응하여 염화물을 형성합니다. 이러한 화합물은 연소 과정에서 기화되어 차가운 열전달 표면이나 재 입자에 응축되어 재 용융 온도를 크게 낮추고 슬래그와 파울링을 악화시킵니다.
불활성 물질(Si, Al): 모래(실리카, 알루미나)와 같은 무기 불순물은 그 자체로는 높은 녹는점을 가지고 있지만, 알칼리 금속과 반응하여 낮은 녹는점의 공융물을 형성할 수 있습니다.
원료 순도
과도한 불순물: 수집, 운송 또는 보관 중에 모래, 토양, 암석 또는 금속 조각이 유입되면 불연성 재의 함량이 직접적으로 증가합니다.
2. 펠릿 생산 요소(품질 링크)
펠릿의 물리적 특성은 연소 균일성에 직접적인 영향을 미칩니다.
과도한 펠릿 밀도
지나치게 조밀한 펠릿은 휘발성 물질의 방출을 방해하고 연소 속도를 늦추는 조밀한 구조를 가지고 있습니다. 이로 인해 재가 녹아 슬래그를 형성할 가능성이 높은 국부적인 고온 구역이 형성될 수 있습니다.
일관되지 않은 펠릿 크기
크고 작은 펠릿이 섞이면 화격자 위에 고르지 않은 펠릿이 쌓이고 공기 분포가 고르지 않게 됩니다. 작은 펠릿은 빨리 타버리는 반면, 큰 펠릿은 계속 타면서 열 방출이 불안정해지고 국부적인 고온이 발생하여 슬래그 발생 위험이 커집니다.
3. 연소 장비 및 작동(직접 트리거)
좋은 품질의 펠릿을 사용하더라도 운영 및 장비 문제로 인해 슬래그가 생길 수 있습니다.
부적절한 온도 조절
과도하게 높은 용광로 온도: 온도가 연료의 회분 연화점을 초과하면 슬래그가 불가피하게 발생합니다. 이는 공기 과다 공급이나 연료-공기 혼합 불량으로 인해 국부적인 과열 구역이 생성될 때 발생할 수 있습니다.
장비 설계 및 유지 관리
설계상의 결함: 잘못 설계된 화격자, 공기 분배 시스템 또는 용광로의 형상은 고르지 못한 공기 흐름, 불완전 연소 및 녹은 재가 쌓일 수 있는 "사각 지대"를 초래할 수 있습니다.
유지관리 부족: 화격자, 용광로, 연도에서 재를 정기적으로 제거하지 않으면 초기 재 층이 "결합제" 역할을 하여 더 많은 녹은 재를 포집하고 슬래그 문제가 빠르게 악화됩니다.
4. 보관 및 환경 요인(간접적 영향)
높은 보관 습도
수분을 흡수하는 펠릿은 연소 효율이 떨어집니다. 이로 인해 점화가 어렵고, 연소 온도가 불안정하며, 불완전 연소가 발생하여 미연소 탄소가 용융된 재와 결합하여 클링커를 형성할 수 있습니다.
슬래깅을 줄이는 효과적인 전략
위의 원인을 바탕으로 다음과 같은 목표별 솔루션을 제시합니다.
1. 소스 제어(가장 중요)
원료 선택: 회분 함량과 알칼리 금속 함량이 낮은 원료(예: 깨끗한 톱밥)를 우선시합니다.
원료 전처리: 고회분 원료를 세척하고 걸러서 모래와 불순물을 제거합니다.
슬래그 방지 첨가제 사용: 펠릿 생산 시 카올린, 산화마그네슘 또는 백운석과 같은 첨가제는 알칼리 금속과 반응하여 고융점 화합물을 형성하여 전체 재 용융 온도를 높일 수 있습니다.
2. 펠릿화 공정 최적화
일관성과 균일성을 보장하기 위해 펠릿 밀도와 크기를 엄격하게 제어합니다.
3. 연소 운전 표준화
공기 공급 최적화: 1차 공기와 2차 공기 사이의 적절한 균형을 유지하여 연료와 공기가 완전히 혼합되도록 하고 국부적인 산소 결핍이나 고온을 방지합니다.
용광로 온도 제어: 연소 온도를 연료의 회분 연화점보다 낮은 안전한 범위로 유지합니다.
4. 장비 유지 관리 강화
정기적인 청소: 초기 재 침전물이 슬래그 핵이 되는 것을 방지하기 위해 엄격한 그을음 불어내기 및 재 제거 일정을 시행합니다.
