KR0162257B1 - 내부충격식 입자분리기 - Google Patents

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KR0162257B1
KR0162257B1 KR1019900018922A KR900018922A KR0162257B1 KR 0162257 B1 KR0162257 B1 KR 0162257B1 KR 1019900018922 A KR1019900018922 A KR 1019900018922A KR 900018922 A KR900018922 A KR 900018922A KR 0162257 B1 KR0162257 B1 KR 0162257B1
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베린 펠릭스
에릭 제임스 데이비드
쥬드슨 워커 데이비드
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로버트 제이. 에드워즈
더 뱁콕 앤드 윌콕스 컴퍼니
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Abstract

본 발명은 연소실(1)의 밀폐벽(16)과 출구개구부(18)의 상류에 충돌부재(12)가 구비된 내부충격식 입자분리기에 관한 것으로, 이 충돌부재(12)가 최소한 2개의 열로서 서로 교차되게 배열되면서 상기 출구개구부(18)를 커버해주도록 설치됨으로써 개스흐름에 편승된 고체입자들이 이 충돌부재(12)에 부딪히고나서 유동화베드쪽 수직하방으로 낙하하게 되어 개스흐름도밀도를 증가시켜 주게 되고, 상기 충돌부재(12)의 하단부에 베플(26)이 부착설치되어 이 충돌부재(12)사이 개스수직통로를 차단해주도록 된 것이다.

Description

내부충격식 입자분리기
제1a도는 본 발명 선회식 유동화(流動化)베드 연소기의 개략적인 부분측면도.
제1b도는 제1a도의 개략 정면도.
제2a도는 하류쪽이 외부충격식으로 된 입자분리기의 개략측면도.
제2b도는 제2a도의 개략평면도.
제3도는 하류쪽에 대류용 방열판이 구비된 개략측면도.
제4도는 연소실 밀폐벽내부에 충돌부재가 설치된 확대단면도.
제5도는 본 발명에 배플이 설치된 상태의 개략측면도.
제6도는 본 발명 배플에 경사지게 설치된 상태의 개략측면도.
제7도는 본 발명 깔대기형상의 충돌부재의 개략측면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 연소실 12,30 : 충돌부재
14 : 유체개스 16 : 밀폐벽
18 : 출구개구부 20 : 개스통로
22 : 연소실벽 24 : 배플
26 : 배플 28 : 선단배출부
32 : 대류가열면
본 발명은 선회식 유동화베드연소기용 내부충격식 입자분리기에 관한 것으로, 특히 분리기가 연소기의 출구개구부 바로 앞쪽공간에 설치된 내부충격식 입자분리기에 관한 것이다.
일반적으로 연소기베드에 내부충격식 입자분리기를 사용하게 되면 개스에 편승되어 이동하는 고체입자로 된 물질을 제거해줄 수 있는바, 이와 같은 입자분리기는 예컨대 바이스겔베르씨의 미국특허 제 3,759,764호나, 또는 폰 디켄씨 2세등의 미국특허 제 3,759,014호, 갬블씨 등의 미국특허 제 4,253,245호 및 포레씨의 미국특허 제 4,717,404호 등으로 공지되어 있다.
그리고 상기 유동화베드 연소기에 사용되는 입자분리기는 외부설치형과 내부설치형 2종류가 있는바, 상기 외부설치형 입자분리기는 연소실밀폐벽 바깥쪽에 설치된 것으로 이에 대해 홀름스씨 등의 미국특허 제 4,640,201호와 동 제 4,679,511호, 또 엥스트롬씨 등의 미국특허 제 4,672,918호 및 모린씨의 미국특허 제 4,683,840호가 있는 한편, 내부설치용 입자분리기는 연소실밀폐벽 안쪽에 설치된 것으로, 이에 대해 가셀트씨 등의 미국특허 제 4,532,871호와 동 제 4,589,352호, 엥스트롬씨의 미국특허 제 4,699,068호와 동 제 4,732,113호 및 토른블라드씨의 미국특허 제 4,730,563호가 있다.
그러나 상기의 내부 입자분리기들은 허공에 매달린 부재사이 전체를 가로질러 배플이 설치되거나 또는 내부입자분리기에 내부 배플 및 상기 외부분리기와 거의 유사한 투하장치가 구비된 것이 있으나, 이들은 이물질등을 제거해주거나 또한 상기 부재들을 지지해 주는데 어려움이 뒤따르게 되는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 밀폐벽안쪽에 입자분리기가 설치되어 연소기내부에 매달린 부재에 아무런 방해를 주지 않도록 할뿐만 아니라 입자를 수거하기 위한 동봉부재나 투하부재가 불필요하고, 고체입자의 체류기간을 연장시켜 연소실 내부의 개스농도를 증가시켜줌으로써 열전달효율과 탄소전환효율을 증가시켜주며, 외부고체입자의 순환을 증가시켜주지 않아도 황성분을 제거해주기 위한 솔벤트유의 이용율을 증가시켜주도록 된 내부충격식 입자분리기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선회 유동화베드 연소기에 구비된 내부입자분리기에는, 연소실밀폐벽내부에 지지되면서 균일하게 연장된 다수개의 오목형 충돌부재가 연소실 출구개구부 바로 앞쪽을 가로질러 최소한 2줄의 열로 서로 교차하면서 배열설치되고, 상기 충돌부재가 출구개구부의 수평면 아랫쪽까지 연장되어 수거한 고체입자를 아무런 방해없이 그리고 안내부재도 없이 상기 충돌부재의 아랫쪽 연소실 하부쪽으로 직접 낙하시켜줌으로써 재순환시켜주도록 되며, 상기 충돌부재가 교차하면서 설치된 열과 열사이 거리가 한 열에서 서로 인접한 충돌부재사이의 거리에 50~70%에 해당되면서 이 열의 한쪽선단이 상기 연소실 밀폐벽이나 또는 출구개구부로부터 오목형 충돌부재의 깊이의 약 15%정도 거리를 유지하면서 설치되는 한편, 상기 충돌부재의 하부 아래쪽 선단에 배플이 부착설치되어 이 충돌부재사이의 개스수직통로가 차단시켜지도록 되어 있다.
이하 본 발명은 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
제1도, 제2도 및 제3도는 회전유동화베드 연소실(10)의 일부를 도시한 것으로서, 이 연소실(10)에 이 연소실(10)의 지붕 또는 천장에 지지되면서 1개이상의 열로 배열된 충돌부재(12)가 구비되어 있는바, 이 충돌부재(12)는 제1단 분리기 역할을 하게 되고, 이 충돌부재(12)뒷쪽에는 제1도와 같이 또 다른 분리기나 가열면이 설치되어 있거나, 제2도에서의 또 다른 하류 충돌부재(30)가 배열설치되어 있거나, 또는 제3도에서와 같이 대류가열면(32)과 결합연결된 유체개스통로(20)가 구비되어 있다.
이러한 상기 충돌부재(12)는 평판이 아닌 U형상이나 E형상, W형상 또는 오목면을 갖는 다른 형상을 하고 있는바, 이 충돌부재(12) 주위로 유체개스(14)가 지나면서 이 2개의 열을 흔들어 주게 되면 이 유체개스(14)에 편승되는 고체입자등이 상기 오목면에 부딛히면서 모여지게 되어 이렇게 수거된 고체물질이 유체개스(14)의 유동방향과 수직하방으로 자유낙하시켜지게 된다.
또 상기 충돌부재(12)는 연소실 밀폐벽(16)내에서 출구개구부(18)의 상류흐름이 일어나는 곳을 가로질러 설치되는바, 상기 출구개구부(18)가 연소실(10)의 벽의 폭을 약 70%둘러싸면서 상기 충돌부재(12)와 함께 연소실(10)의 폭을 가로질러 연장되어 있고, 상기 충돌부재(12) 각각은 출구개구부(18)를 덮어주고나서 약 33㎝(1피이트)가량 아래로 더 연장되어, 밀폐벽(16)에 있던 유체개스(14)가 먼저 상기 출구개구부(18) 앞쪽의 충돌부재(16)를 통과하게 된다. 그리고 출구개구부(18)의 하류에 상기 유체개스(14)의 흐름방향을 변화시켜주지 않으면서 사이즈 감소가 일어나지 않는 유체개스통로(20)가 배치되어 있는바, 본 실시예에서는 이 유체개스통로(20)가 상기 출구개구부(18)로부터 사이즈나 방향이 변화되지 않는 거리는, 수직거리가 충돌부재(12) 길이의 약 25%이고 수평거리는 출구개구부(18)의 폭의 25%로 되어 있다.
또한 제4도에는 밀폐벽(16)내부에 있는 충돌부재(12)사이의 거리가 상세히 도시되어 있는바, 여기서 부호 A는 서로 인접한 충돌부재(12)사이의 거리이고, 부호 B는 인접한 열에서 A거리만큼 간격이 유지되는 충돌부재(12)와의 오버랩(overlap)으로서 이 B는 상기 거리 A의 5~15%정도이며, 부호 C는 인접한 열사이의 거리로서 상기 거리 A의 50~75%정도인 한편, 부호 D는 뒤쪽 열과 연소실벽(22)과의 거리로서 상기 충돌부재(12) 오목거리의 15% 또는 그 이하로 되어 바이패스현상을 감소시켜주도록 되어 있고, 여기서 상기 오목거리는 부호 E로 나타나 있다.
한편 상기 충돌부재(12) 각 열의 선단부근에는 L형상의 배플(24)이 밀폐벽(16)에 고정부착되어 있는바, 이 각각의 배플(24)도 상기 충돌부재(12)의 길이를 따라 연장되어 유체개스(14)가 충돌부재(12)와 밀폐벽(16)사이로 바이패스되는 현상을 막아주도록 되어 있다.
그리고 제5도와 제6도 및 제7도는 본 발명의 다른 실시예로서 충돌부재(12)의 바닥부근에 또 다른 배플(26)이 구비되어 있는바, 이 배플(26)이 출구개구부(18)의 아랫쪽 평면아래에 위치하면서 수평상태로 형성되어 있거나(제5도) 또는 이 출구개구부(18)로부터 아랫쪽으로 경사져 있는데(제6도), 이 배플(26)은 유체개스(1)가 충돌부재(12)를 가로질러 통과할 때 이 유체개스(14)의 소량이라도 직접 상기 충돌부재(12) 바로 위를 지나 개스통로(20)로 유입되는 것을 막아주도록 되어 있다.
한편 고체입자들이 유체개스(14)에 편승되어 오다가 상기 충돌부재(12)에 부딛히면서 수거되고 나서 상기 충돌부재(12)를 따라 아랫쪽으로 내려와 상기 배플(26)에 형성된 작은 구멍을 통과하게 되는데, 새로운 유체개스(14)가 그 아랫쪽으로 흘러가더라도 상기 충돌부재(12)에 의해 걸러진 고체물질들은 연소실벽(22)을 따라 아랫쪽으로 흘러 내리게 되어 윗쪽으로 흘러오는 유체개스(14)으로부터 반복적인 저항을 받지 않게 된다.
여기서 개스가 지름길로 통과하지 못하도록 상기 배플(26)이 각각의 충돌부재(12) 사이 유체통로를 막아주도록 되어 있는 한편 이들 충돌부재(12)의 내부 오목부위를 덮지 않도록 되어 있고, 또한 이 배플(26)의 경사는 이 위에 고체물질이 축적되지 않도록 해주게 된다.
한편, 상기 충돌부재(12)의 선단이 배플(26)아래로 10,16~30.5㎝가량 더 내려오도록 되어 있는 한편, 상기 배플(26)의 선단은 강성을 보강하기 위해 선단을 따라 플랜지가 형성되고, 역시 이 배플(26)과 밀폐벽(16)사이에도 0.4㎝ 미만의 간격을 두고 있다.
또 제7도에 도시된 바와 같이 충돌부재(12)에는 유체개스(14) 윗쪽으로 관통하여 지나가도록 1개이상의 구멍이 구비된 깔때기모양의 선단배출부(28)가 구비된바, 이 선단배출부(28)는 선별해준 고체입자를 연소실벽(22)으로부터 거리를 두고 떨어뜨려줌으로써 이 연소실벽(22)이 국부적으로 부식이 일어나는 현상을 막아주게 되고, 상기 선단배출부(28)에 형성된 구멍의 직경(F)이 상기 간격 E의 절반정도인 6.1㎝가량 되도록 되어 있다.
상기의 실시예에서는 유체개스(14)가 충돌부재(12)사이를 통과하는 속도가 6~8m/sec 정도이면서 배플(26)이 없는 실시예에서는 10m/sec를 넘지 않는 범위 또는 배플(26)을 구비한 경우 13m/sec를 넘지 않는 경우에서 상기 충돌부재(12)의 길이와 폭, 개수, 형상 및 간격에 대해서 언급하였는데, 이 충돌부재(12)의 개수는 개스의 흐름속도를 변화시켜주면서 다양한 U자 보형상의 충돌부재(12)를 테스트하여 결정되게 된다. 일반적으로 분리기 아랫쪽 개스흐름속도는 고체입자들의 집적효율에 큰 영향을 받게 되나, 이 개스흐름속도는 상기 충돌부재(12)의 길이가 길어야 할 것을 요구하고, 또 상기 속도가 6~8m/sec일 때 이 유체개스(14)에 편승되어 흐르는 고체입자 비율을 최소화할 수 있기 때문에 상기 충돌부재(12)의 길이가 연소실의 사이즈에 대해 적절하여야 한다.
한편, 본 발명에 따른 분리기가 작동되는 동안 상기 충돌부재(12)가 선별한 고체물질을 이 충돌부재(12)의 아랫쪽으로 보내주게 되는데, 이렇게 내려보내지는 고체입자들은 연소실벽(22)을 인접한 곳에서 자유낙하하여 곧바로 유동화(流動化)베드(도시안됨)의 뒤쪽으로 떨어지게 되어 여기서 베드평균밀도와 입자체류시간을 증가시켜주게 되는바, 이 연소실(10)의 측벽면에는 고체물질을 상기 베드위로 안내해주기 위한 별도의 챤넬이나 배플, 또는 안내를 방해하는 어떤 부재도 필요하지 않다.
이상과 같이 설명된 본 발명의 실시예에서 배플(26)을 설치하지 않은 상태에서 테스트 해본 결과, 다수의 충돌부재(12)를 하나의 열로 했을때에는 평균베드밀도보다 2배의 밀도를 갖게 되었으나, 2줄의 열로해준 경우의 밀도는 상기 평균 밀도보다 거의 4배에 달하게 되었는데, 이것은 충돌부재(12)를 최소한 2줄의 열로 해주는 것이 바람직하다는 것을 말해주는 한편, 또 충돌부재(12)에 배플(26)을 갖춘 경우의 베드밀도가 배플(26)을 갖추지 않은 경우의 밀도보다 3배 이상이 되었는데, 이렇게 밀도가 증가하는 것은 요구되는 열전달표면을 감소시켜줌과 더불어 그렇게 하기 위한 코스트를 감소시켜주는 것으로서 평균 열전도율을 증가시켜주는 것을 말한다. 또 베드밀도의 증가는 베드에 고체물질이 체류하게 되는 시간을 증가시켜줌을 의미하는바, 따라서 황성분을 제거하기 위해 탄소의 전환효율과 솔벤트유의 이용성을 증가시켜주게 되고, 또 연소실(10)내에서 온도의 균일화를 증가시켜주게 됨으로써 황성분제거반응을 위한 최적온도가 상기 연소실(10) 모든 곳에서 균일하게 유지되어지게 된다.
그리고 제2차 분리기로서 상기 연소실(10)내부 상류에 충돌부재(12)를 다수의 열로 배열설치해 줌으로써 상태가 안좋은 개스의 고체입자가 개스통로(20)로 이송되는 것을 막아주게 되어 연소실의 설정 평균밀도가 유지되게 되는바, 이것은 통로내부를 부식해주는 에너지를 감소시켜주게 됨과 더불어 외부 또는 제2단분리기로 고체물질을 집적하여 다시 연소기로 귀환해줌으로써 정제(精製)된 탄소 및 솔벤트물질의 응집효과를 증가시켜 주는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 연소실(10)내부에 고정지지되는 오목한 형상으로 된 다수개의 충돌부재(12,30)가 구비되어지되, 이 충돌부재(12)가 최소한 2개 이상의 열로 배열되면서 연소실(10)의 출구개구부(18)의 바로 앞쪽 상류를 가로질러 설치됨과 더불어, 이 충돌부재(12)가 상기 출구개구부(18)의 길이를 따라 아랫쪽으로 연장되어 집적된 고체입자들이 아무런 방해물이나 안내찬넬없이 상기 출구개구부(18)의 아랫쪽 충돌부재(12)로부터 상기 연소실(10)의 연소실벽(22)을 따라 낙하하여 재순환되도록 되고, 상기 인접한 열과 열사이의 거리가 상기 열중의 인접한 충돌부재(12)사이 거리의 50%이상이면서 이 충돌부재(12)의 열이 연소실벽(22)으로부터 상기 오목형상 충돌부재(12)의 깊이보다 작은 거리를 유지하도록 된 내부충격식 입자분리기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한 열의 충돌부재(12)와 인접한 열의 충돌부재(12)와의 오버랩이 상기 한 열에서 인접한 충돌부재(12)사이의 거리에 대해 5~15%인 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 인접한 열과 열사이의 거리가 상기 한 열에서 인접한 충돌부재(12)사이 거리에 대해 50~70%인 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연소실벽(22)과 인접한 충돌부재(12)의 열과의 거리가 상기 충돌부재(12)의 오목깊이에 대해 적어도 15% 이상인 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 출구개구부(18)로부터 충돌부재(12) 길이의 25%에 해당되는 개스통로(20)의 하류가 유체개스흐름방향의 수직 변화가 일어나지 않거나 또는 상기 유체개스의 경로사이즈의 수직변화가 일어나지 않도록 형성되고, 상기 출구개구부(18)로부터 상기 출구개구부(18)폭의 25%에 해당되는 개스통로(20) 하류가 유체개스흐름방향의 수평변화가 일어나지 않거나 또는 상기 유체개스경로의 사이즈가 수평변화가 일어나지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연소실(10)의 마주보는 밀폐벽(16)에는 유체개스의 바이패스를 방지하기 위해 상기 한쪽 열의 선단과 인접한 상기 밀폐벽(16)을 따라 L자형 배플(24)이 고정된 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 충돌부재(12)가 상기 출구개구부(18)의 수평아랫쪽으로 약 33㎝가량 더 연장된 것을 특징으로 하는 내부 충격식 입자분리기.
  8. 제7항에 있어서, 상기출구개구부(18)의 수평아랫쪽 충돌부재(12)의 아랫쪽 선단부근에 이 충돌부재(12)사이의 개스수직통로를 차단해주기 위한 또 다른 배플(26)이 부착된 것을 특징으로 하는 내부 충격식 입자분리기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 배플(26)이 수평으로 설치되도록 된 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 배플(26)이 상기 충돌부재(12)에 대해 굽혀지도록 된 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  11. 제8항에 있어서, 상기 배플(26)이 유체개스의 바이패스를 방지하기위해 상기 연소실벽(22)으로부터 0.4㎝이하의 간격이 유지되도록 된 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 배플(26)이 상기 충돌부재(12)의 아랫쪽선단으로부터 10.16~30.5㎝윗쪽으로 위치되어진 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 배플(26)의 아랫쪽 충돌부재(12)의 선다배출부(28)가 깔대기 형상을 하도록 된 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  14. 제7항에 있어서, 상기 출구개구부(18)가 상기 연소실벽(22)의 폭의 약 70%를 둘러싸도록 된 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
  15. 제7항에 있어서, 상기 충돌부재(12)가 U자형, E자형, W자형 또는 오목형상으로 된 것을 특징으로 하는 내부충격식 입자분리기.
KR1019900018922A 1990-01-08 1990-11-22 내부충격식 입자분리기 KR0162257B1 (ko)

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