KR100262861B1 - 로 과열기 및 로 과열기가 설치된 유동상 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면을 형성하고 튜브 요소가 기계적으로 조립되게 서로 상관적으로 배치된 다수의 튜브 요소를 갖는 로 과열기에 관한 것이다. 과열기 요소는 장방향의 단면 프로파일이 바람직한데 거의 유사한 프로파일을 갖는 홈등과 돌출부등에 의해 서로 부착된다. 본 발명은 또한 로 과열기가 설치된 순환 유동상 반응기에 관한 것이다.

Description

로 과열기 및 로 과열기가 설치된 유동상 반응기

연료, 불활성상 물질(inert bed material) 및/또는 석회암과 같은 고체물질은 반응기의 하부에 위치된 가스 공급수단을 통하여 공급된 가스와 함께 순환 유동 상 반응기에서 유동화 된다. 순환 유동상 반응기의 유동 속도는 정상적인 상태에서 매우 고속이어서, 대부분의 상 물질이 가스와 함께 비말하여 반응기 외부로 배출될 수 있게 된다. 특히, 순환 유동상의 특징은, 가스와 함께 비말되는 고체물질의 양이 매우 많고, 그 결과 상의 동작이 고체물질의 재순환(또는 추가)없이 유지될 수 없다는 것이다.

순환 유동상 반응기에서 많은 양의 고체물질은 반응기의 상부를 통하여 바깥으로 가스와 함게 배출된다. 반응기의 특정지역에서는 상향 및 하향 유동이 모두 발생한다. 순수한 물질의 유동은 반응기에서 방사상 및 축상으로 양 방향으로 변 화되고, 상기 하향유동은 외부벽에 가까운 곳에서 최대가 된다. 입자 밀도가 반응 실의 하부를 향하여 증가할 때 외부벽을 따른 입자축적도 하향으로 증가한다. 입 자의 유동방향이 약간 변화되었을 때도 침식이 야기된다. 따라서, 순환 유동상 반 음기는 다른 구조에 대해 많은 조건을 요구한다.

순환 유동상 반응기의 침식상태로 인하여, 서로 연결되었을 때 평탄한 외면 을 형성하는 튜브 요소를 사용하는 것이 제안되었다. 이러한 종류의 구조는 예를 들면 순찬 유동상 기술에 기초한 발전 설비 보일러에서의 로 과열기에 사용하는 것 이 제안되어왔는데, 그리하여 순환 유동상 반응기의 로에 직접적으로 위치될 수 있 다. 그러한 튜브 요소는 용접에 의하여 서로에 부착된다. 용접은 항상 그렇듯이 예열, 예비용접 , 튜브의 양쪽에서 튜브방향으로의 용접, 응력에 의해 야기되는 변형의 교정 및 응접의 검사와 같은 많은 시간 소비적인 작업단계를 포함한다. 이러한 용접방법에 의해 형성된 과열기 패널은 하나의 단일구조 요소를 형성함에 있어서의 변경이 불가능하게 조립된다. 용접이 양쪽에서 이루어진 후 양면은 가능한한 평탄한 면을 갖도록 기계가공 된다. 이것이 순환 유동상 반응기의 조건으로서 권장되고 있는데, 그렇지 않으면 반응기의 상부에서조차도 침식성이 강해서 충분한 신뢰성이 보장될 수 없기 때문이다.

용접작업 없이 평행하게 라운드 진 튜브로부터 과열기 표면을 형성하는 것은 미합중국 특허 제5,012,767호에 기술되어 있다. 인접한 튜브들은 두 개의 슬리브조합에 의해 서로 부착된다. 튜브들은 슬리브를 통하여 돌게되고 슬리브들은 서로에 용접된다. 이러한 라운드진 슬리브형의 배치는 매우 침식되기 쉬우며 , 부착된슬리드에도 심각한 불연속성 침식 지점이 형성된다. 상기 특허는 또한 튜브들을 서로에 연결하기위해 튜브들 사이에 개별적인 부착수단을 용접하는 가능성을 기술하고 있다. 이러한 배치도 침식되기 매우 쉬운 열교환기를 제공하고 이러한 종류의 배치는 튜브들 사이의 거리를 증가시킴으로서 동일한 공간에 보다 적은 평행한 튜브들이 장착될 수 있다.

EP 0 011 102호로부터 과열기 플레이튼 어셈블리의 튜브들을 함께 기계적으로 결합시키는 것이 알려져 있다. 사용된 타이부재들은 기본적으로 L자형으로서 튜브에 용접에 의해 부착된다.

또한, 미국 특허 제2,809,616호로부터 펜던트 과열기 플레리튼을 갖는 과열유니트가 알려져 있는데 여기에서 각 플레이튼의 튜브들은 T자형으로 슬롯팅된 클레비스와 같은, 슬라이딩 가능한 상호연결부를 포함하는 클레비스의 열에 의해 연결된다, 이러한 배치는 개별적인 튜브들 사이의 상대적인 이동을 허용한다. 다른부분에서 슬리브들은 튜브에 용접될 수 있는데 인접한 튜브 슬리브들은 그것을 통과하여 변장하는 핀에 의해 연장된다.

본 발명의 목적은 로 과열기 튜브의 제조와 관련하여 용접의 필요성을 제거또는 최소화함으로서 패널 구조의 제조시간을 매우 감소시키는 것이다. 동시에,예열, 예비용접 , 튜브의 양쪽에서 튜브방향으로의 용접 , 응력에 의해 야기된 변형 의 평준화 및 용접의 검사와 같은 용접작업 단계들이 제거 또는 최소화된다.

본 발명의 또 다른 목적은 로 과열기가 매우 간단한 방법으로 상기 조건들을 극복할 수 있도록 평면으로 형성된 순환 유동상 반응기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 로 과열기가 내 마모성 구조로 형성된 순환 유동상반응기를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 공지기술의 단점을 제거 또는 최소화하여 완전히 신규한구조를 제공하는 것이다. 본 발명은 로 과열기가 용접이 거의 없이 형성된다는 개념에 기초한 것이다.

본 발명은 서로 장착되어 평면을 형성하는 다수의 튜브 요소를 갖는 로 과열기에 관한 것이다.

또한 본 발명은 반응실, 반응기 챔버에 연결된 고체분리기, 및 고체분리기를 반응실에 연결하는 귀환덕트를 포함하는, 로 과열기가 설치된 순환 유동상 반응기에 관한 것이다. 순환 유동상 반응기의 로에 설치된 증기과열기 및 증발기 표면도 제공된다.

본 발명은 하기에서 첨부도면을 참고로 한 실시예에 의거하여 보다 상세히 설명된다

제1도는 본 발명에 따른 로 과열기가 설치된 순환 유동상 반응기의 예를 개략적으로 도시한 것이다.

제2도는 제1도의 로 과열기의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

제3도는 제1도의 과열기의 두번째 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

제4-6도는 본 발명에 따른 로 과열기의 다른 단면 프로파일을 개략적으로 도시한 것이다.

제7도는 제1도의 로 과열기를 형성하기 위한 본 발명의 또다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

보다 정확하게 본 발명에 따른 로 과열기의 특징은 주로 튜브 요소들이 서로 기계적으로 연결된다는 것이다.

반응실, 반응실에 부착된 고체분리기 , 반응실과 고체분리기를 연결하는 귀환덕트, 증발기 표면 및 순환 유동상 반응기의 로에 배치된 증기과열기를 포함하며,로 과열기가 설치된 본 발명에 따른 순환 유동상 반응기의 특징은 주로 상기 과열기가 서로 기계적으로 부착된 다수의 과열기 튜브 요소로 이루어진 평면상의 튜브 패널을 포함한다는 것이다.

본 발명의 첫 번째 실시 예에서 순환유동상 반응기에 특히 적합한 로 과열기 는 홈 등에 의해 서로 부착되는 장방형 단면의 과열기 튜브로 이루어진다. 이와관련하여 "장방형"이란 용어는 최소한 부분적으로 서로의 상부에 있는, 최소한 두개의 거의 평행한 면을 갖는 형태를 의미한다. 따라서, 본 발명에 의한 로 과열기는 과열기 튜브의 접촉표면자체에 형성된 연결 홈등에 의해 서로 부착된 다수의 개별적인 과열기 튜브에 의해 이루어진다.

본 발명에서 연결 홈등은 기계가공에 의해 형성될 수 있고 또는 접촉표면이밀링에 의해 형성될 수 있다. 연결 흠 등은 많은 방법으로 실현될 수 있다. 그러나, 서로에 관련한 튜브 요소 이동의 자유는 어느 정도까지 제거되는 것이 바람직하다 .

바람직한 실시 예에서 조인트는 한쪽의 튜브 요소에서 오목부, 연결홈등으로 그기호 다른쪽의 튜브 요소에서 돌출부로 형성되어 함께 끼워졌을 매 기계적인 조 인트를 형성 한다.

과열기 요소들은 장방형의 단면인 것이 바람직하고 흠등과 돌출부등에 의해서로 부착되는데 홈과 돌출부는 거의 유사한 프로파일을 갖는다. 돌출부등은 홈이제공된 튜브 요소에 이어서 배치된 튜브 요소에 고정 또는 이동가능하게 부착된 요소를 말하는 것으로서 홈의 형태를 갖는다.

본 발명에서 튜브 요소는 외부표면이 두 개의 거의 평행한 평면의 유동통로의 표면과 상기 평행한 평면에 거의 수직한 두 개의 접촉면의 거리내에 형성되는 그러한 방식으로 튜넌 자재에 의해 한정된 유동통로를 형성하는 원통형 덕트를 포함한다. 단면 프로파일의 거의 유사한 접합 홈 등 및/또는 돌출부등은 상기 접촉면상에 형성 된다.

튜브 요소에 있는 접합 홈 및 돌출부등의 단면은 평행사변형 또는 반 평행사 변형이 바람직하며 또는 원형, 반구형, 삼각형 또는 이들의 조합형도 좋다. 본 발명의 목적을 달성하는 어떤 다른 형태도 요구될 경우 적용될 수 있다. 튜브 요소의 접합홈등은 돌출부등 보다 단면에 있어서 더 크거나 같은 것이 바람직하다.

본 발명에 의해 선행기술이상의 많은 잇점을 갖는 것이 가능하다. 본 발명은 로 과열기의 튜브방향으로의 용접필요성이 제거되거나 최소화된다. 패널 구조 물의 제조에 필요한 시간도 감소된다. 예열, 예비용접, 튜브방향으로의 양면용접, 응력에 의해 야기된 변형의 평준화 및 용접의 검사와 같은 용접 작업단계가 본 발명에 따른 배치에 의해 대체된다.

도 1은 반응실(4), 고온가스분리기(6),및 반응기 유동화가스가 반응실(4)의 하부 또는 다른곳(도시되지 않음)으로 도관(10)을 통하여 도입되는 귀환덕트(8)의 조합을 포함하는 순환유동상 반응기(2)를 도시한 것이다.연료와 같은 고체물질은 하나의 도관(12) 또는 다수의 도관(도시되지 않음)을 통하여 공급된다.생성된 가스는 고온가스 분리기로부터 도관(14)을 통하여 배출된다. 열 발생공정은 반응실에서 유지된다.이 열은 예를들면 증발기 튜브로 이루어진 반응실 벽(16)을 통하여 증발 보일러 물로 회수된다. 증발되는 물은 실린더(18)에서 도관(20)을 통하여 증발기 튜브로 유입되고, 증기/물 혼합물은 예를 들면 도관(22)을 거쳐 다시 실린더로 흐른다. 기술된 순환 사이클은 많은 보편성 및 단순성을 갖는데,현실적으로 그러한 사이클들은 다수의 다른 부품들을 포함된다. 또한, 고온가스분리기는 증발기 또는 다른 열 교환 표면으로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서 순환사이클은 자연순환 또는 강제순환형일 수 있다 ; 본 발명은 양 구조 모두에 적용될 수 있다. 로 과열기(24)는 반응실의 상부에 제공되고 증기는 수단(26)을 거쳐 로 과열기에 공급된다. 증기는 과열기에서 통로(28)을 거쳐 터빈(30)으로 공급되고 거기에서 통로(32)를 거쳐 다시 실린더로 회송된다. 이러한 순환사이클 역시 매우 단순화된 것이다.

반응실(4)의 상부에 있는 로 과열기(24)는 반응기의 고체-가스 현탁물에 의해 방출된 열을 이용하여 증기를 과열시키기 위해 배치된다. 과열기(24)는 반응실의 마주보는 벽 바깥의 양단부에서 연장하는 방식으로 순환 유동상 반응기에 배치된다. 따라서 그것은 반응실로의 단부상에 견고하고 신뢰성 있게 지지될 수 있다.반면에 반응벽들 사이의 상대적으로 긴 거리는 패널상의 특정요건을 부과한다.실제로 허술하게 지지된 구조물은 쉽게 진동하기 시작하거나 가능한 열 팽창으로 인하여 휘어질 수 있다. 다시 발하면, 과열기 패널이 충분히 단단해야 한다. 이것은 본 발명에 따라서, 튜브 요소들을 기계적 접합으로 서로 축상으로 지지시킴으로서 해결된다. 본 발명에 따르면 이러한 기계적 접합은 인접한 튜브 요소들 사이의 모든 표면들에 동일한 평면을 갖도록 상호 연결된 표면을 제공하는 것에 의해 달성되는데, 그래서 상호 마주보는 접촉면들이 서로 조화를 이루고 충분히 연장된 상기 접촉면은 요소들 상호간의 상대적인 움직임을 방지한다. 과열기의 단부에는 과열기의 개별적인 튜브 요소 사이로 소정의 방법으로 스팀흐름을 조절 및/또는 분할하기 위한 도관(34)이 제공된다. 본 발명에 따라서, 로 과열기는 튜브 요소들을 서로 기계적으로 접합함으로서 형성되는데 이에 의해 튜브 방향으로의 용접이 필요 없게된다. 그러나, 본 발명에 따라 형성된 튜브 패널은 도관(34)에 견고하게 연결 되는데, 바람직하게는 이 도관에 튜브 패널을 용접하여 연결함으로서 증기 생성에 의한 요구가 충족되게 한다.

순환 유동상 반응기내의 상태는 매우 침식성이 강하다 ; 가스에 현탁된 고체 입자와 조합된 상대적으로 높은 온도(예를 들면, 600-1200'c). 이러한 상태에서 표면들은 매우 쉽게, 특히 불연속성의 점으로 침식된다. 따라서, 본 발명에 따른 로 과열기는 하나가 다른 것의 상부에 배치된 다수의 튜브 패널로 이루어지는데, 이들은 다시 서로 접합된 다수의 튜브 요소(36)들로 이루어지며 그 표면들은 본 발 명에 따른 로 과열기 형성방법에 의해 거의 평면으로 배치된다.

도 1은 연료연소를 위해 배치된 순환 유동상 반응기를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 로 과열기는 요구될 경우 다른 종류의 로, 예를들면 소위 분무연료 보일러 에서도 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 로 과열기의 가장 우수한 특성은 특히 과열기가 고체물질을 함유하는 가스 혼합물에 둘러 쌓였을 때 명백해 진다. 따라서, 순환 유동상 반응기가 예를들면 화격자 소각로에서 고온가스 냉각기로 작용할 수 있는데 이에 의해 화격자 배치가 상기한 것으로부터 벗어날 수 있다. 본 발명에 따른 로 과열기는 도 1에서 로의 상부에 위치 되었지만 로의 다른 위치에 위치될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 로 과열기 튜브패널의 배치를 도시한 것이다. 접합홈(364)에 의해 서로에 연결된 두 개의 튜브 요소(362,366)가 도시되어 있는데, 이것은 하나치 튜브 요소(362)에 있는 흠과 다른 튜브 요소(366)에 있는 돌출부(370)에 의해 형성된다. 돌출부와 홈은 함께 접합부를 형성하는데, 요소들을 서로에 충분한 정도로 결합시켜 견고한 과열기 패널을 이루게 한다. 돌출부와 홈은 각 요소가 일단에는 홈을, 타단에는 돌출부를 포함하도록 튜브 요소에 배치될 수 있다.

선택적으로 두 종류의 튜브 즉, 교호적으로 돌출부 또는 흠을 갖는 튜브들이 있는데 이에 의해 동일한 양의 두 튜브형태들이 튜브패널을 형성하는데 요구된다. 먼저 지적한 형태가 더 바람직한데 이는 그 방법에서는 단 한 종류의 튜브 요소만이 요구되기 때문이다. 이러한 형태는 도 3에 도시되어 있다. 과열되는 스팀용 유동 통로(372)는 튜브 요소 내부에 배치된다. 튜브 요소는 본 발명에 따라서 덕트 또는 유동통로(372) 및 면들과 통로(372) 사이로 충분한 물질이 면들 사이의 지역(378)에 존재하도록 결정되는 거리만큼 떨어져 있는 두 개의 거의 평행하고 평행한면(374,376)을 포함하여 이루어진다. 요소는 인접한 요소의 접합 홈에 연결되는 접촉면에 단부(380,382)를 갖는 주로 장방형인 단면프로파일을 갖고있다. 면들(374,376)은 홈과 돌출부로 접촉면을 이루고 충분한 자재강도를 이루기 위하여 분히 떨어져서 연장된다.

도 4-6은 튜브 요소의 접합을 위해 요구되는 접촉면을 형성하는 다른 방법을 도시한 것이다. 도 4에서 돌출부와 홈은 하나의 수직단면(41) 및 하나의 경사진 단면(43)을 갖는다. 도 5에서 돌출부와 흠은 거의 원형의 면으로서 형성되는 반면 에 도 6에서는 삼각형이다.

로 과열기의 튜브 요소를 서로 접합하는 방법은 도 7에 도시된 것이 매우 바람직하다. 두 개의 인접한 튜브 요소(70)의 마주보는 접촉면들에는 모두 홈(72)이 제공되어 있고 인접하게 배치되었을때는 튜브들 사이에 공간(74)을 형성한다. 튜브들은 공간(74)의 형태와 유사한 바아(bar)등(76)을 공간(74)에 끼움으로서 서로 접합된다. 이 바아(76)는 돌출부등과 유사하지만 튜브 요소와 고정되게 연결되지는 않는다. 이러한 바아등은 튜브의 일단에서 타단으로 연속적으로 연장하는 것 이 아니라 접합부가 특정 위치지정에 따라 공간(74)에 위치되는, 수개의 보다 짧은편으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 바아의 형상은 튜브 요소들의 움직임을 충분히 방지하도록 선택되어지는 것이 바람직하며, 요소들이 서로 분리될 수 있는 최소한의 움직임 간격을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 도 7의 배치에 의해 적정한 공추로 요소(76) 또는 양면으로부터 바아를 제거함으로서 하나의 튜브 요소를 튜브패 널로부터 해제하는 것이 가능하다. 이것은 튜브를 다른 것으로 교체함에 있어서,로 과열기의 수리가 매우 간단하고 빠르게 이루어질 수 있으므로 순환 유동상 반응기와 관련된 매우 바람직한 특징이다.

도 1은 대기압상태에서 작동하는 순환 유동상 반응기를 도시하였지만 본 발명에 따른 과열기는 대기압 이상의 압력, 예를들면 2-50바아에서 작동되는 연소기에 특히 적합하다.

첨부도면에는 다수의 실시예가 도시되었지만 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 많은 변형을 이를 수 있으며 , 이러한 모든 변형은 첨부된 특허청구의 범위에 의해 결정되는 본 발명의 범위내에 있음이 명백하다.

Claims (15)

1. 서로 접합된 다수의 튜브 요소(36)가 설치된 로 과열기(24)에 있어서,-튜브 요소들은 최소한 2개의 거의 평행한 평면부를 각각 가지며, -튜브 요소들은 서로 기계적으로 접합되며, -상기한 튜브 요소의 접합에 의해 형성된 표면이 평면인 것을 특징으로 하는 로 과열기 .
2. 제1항에 있어서, 과열기 튜브 요소가 거의 장방형인 단면 프로파일을 가지

   며 단면 프로파일과 거의 유사한 흠등 및 돌출부등에 의해 서로 접합되는 것을 특

   징으로 하는 로 과열기.
3. 제1항에 있어서, 튜브 요소는 튜브 요소의 외표면의 유동통로 표면으로부터 일정한 거리 내에 있는 두 개의 거의 평행하고 평평한 면(374,376) 및 상기 평행하 고 평평한 면에 수직이며 그 단면 프로파일과 거의 유사한 홈 등 및/또는 돌출부 등이 제공된 두 개의 접촉면(380,382)으로 이루어지도록 튜브물질(378)에 의해 경 계가 이루어지는, 유동 통로를 형성하는 원통형 덕트(372)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로 과열기.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 튜브 요소의 일면에는 홈등이 제공되고 타면에는 고정 돌출부등이 제공된 것을 특징으로 하는 로 과열기,
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 튜브 요소의 홈 등 및 돌출부등의 단면이 평행사변형, 반편행사변형 또는 원형, 반구형 또는 삼각형 형태 또는 이들의 조합형 태인 것을 특징으로 하는 로 과열기.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 홈 등이 돌출부 등보다 크거나 동일한 단면적 을 갖는 것을 특징으로 하는 로 과열기 .
7. 제1항에 있어서, 과열기가 최소한 부분적으로 순환 유동상 반응기의 로에 배치되는 것을 특징으로 하는 로 과열기 ,
8. 제1항에 있어서, 인접한 튜브 요소의 마주보는 접촉면에 홈이 제공되어 요소들이 인접했을 때 튜브들 사이에 공간(74)을 형성하므로서 튜브들이 공간의 형태와 거의 유사한 바아등을 공간(74)에 배치시키므로서 서로 부착되는 로 과열기 .
9. 로 과열기가 설치되고, 반응실, 반응실에 부착된 고체 분리기 및 고체 분리 기를 반응실에 연결하는 귀환덕트, 순환 유동상 반응기의 로에 배치된 증발기 표면 및 증기 과열기를 포함하는 순환 유동상 반응기에 있어서, 과열기를 형성하는 튜브 요소가 서로 기계적으로 접합되고, 튜브 요소에 의해 형성된 면이 평면인 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
10. 제9항에 있어서, 반응기의 과열기에 있는 과열기 튜브 요소가 거의 장방형인 단면 프로파일을 가지며 단면 프로파일과 거의 유사한 홈등 및 돌출부등에 의해 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
11. 제9항에 있어서, 반응기의 과열기에 있는 튜브 요소는 튜브 요소의 외표면의 유동통로 표면으로부터 일정한 거리 내에 있는 두 개의 거의 평행하고 평평한 면 및 상기 평행하고 평평한 면에 수직이며 , 그 단면 프로파일과 거의 유사한 홈 등 및/또는 돌출부 등이 제공된 두개의 접촉면으로 이루어지도록 튜브물질에 의해 경계가 이루어지는, 흐름 통로를 형성하는 원통형 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 튜브 요소의 일면에는 흠등이 제공되고 타면에는 돌출부등이 제공된 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 튜브 요소의 흠 등 및 돌출부등의 단면이 편행사변형 , 반평행사변형 또는 원형 , 반구형 또는 삼각형 형태 또는 이들의 조합 형태인 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 홈 등이 돌출부보다 크거나 동일한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
15. 제9항에 있어서, 인접한 튜브 요소의 마주보는 접촉면에 홈이 제공되어 요소들이 인접했을 때 튜브들 사이에 공간(74)을 형성함으로서 튜브들이 공간의 형태와 거의 유사한 바아등을 공간(74)에 배치시킴으로서 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기,

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