KR100325948B1 - 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화력발전소의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리에 관한 것으로, 이러한 노즐팁 어셈블리는 미분탄과 주공기가 동시에 보일러 내부로 유입되는 메인 덕트와, 상기 보일러 내부로 보조 공기가 유입되는 보조 덕트로 구성되는데, 특히 비정질 전이금속으로 선단부가 피복되고, 양측 가장자리는 상기 메인 덕트에 힌지 가능하게 장착되는 틸팅판과, 상기 메인 덕트의 축방향에 대하여 25도 내지 40도로 경사지고 상기 메인 덕트와 상기 보조 덕트사이에 등간격으로 고정 장착되는 다수의 가이드판을 포함한다. 또한, 상기 보조 덕트의 선단부에는 내측으로 둥글게 벤딩된 만곡부가 형성되고, 상기 만곡부에는 방사상으로 관통되는 다수의 냉각 구멍이 형성된다. 본 발명의 상기와 같은 구성에 따라, 노즐팁 선단부의 변형에 의해 강성이 보강되고, 외부에서 공급되는 보조공기가 와류로 형성되므로써 냉각 효과가 증대되어 내구성이 향상될뿐만 아니라 틸딩판의 선단부에 비정질의 금속으로 도포하고 화염이 닿는 노즐팁의 선단부에 알루미나-실리카계나 지르콘계의 내화물질을 피복시킴으로써 내열성이 증대되게 된다.

Description

보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리{nozzle tip assembly of boiler for suppling of pulverized coal}

본 발명은 화력 발전소의 시설물에 관한 것으로, 특히 외부에서 공급되는 미분탄이 공기와 함께 용이하게 공급될 수 있도록 석탄 화력발전소 보일러 내부에 장착되는 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 화력 발전소는 사용연료의 종류에 따라 석탄 화력발전소와 중유 화력 발전소로 구분되는데, 최근들어 중유에서 석탄으로 연료가 대체되고 있으므로 석탄이 독점 사용되는 대용량의 보일러가 증가되고 있는 실정이다. 그러나, 석탁이 독점 사용되는 화력 발전소의 보일러에서도 경유, 중유, 가스 등이 기동시나 또는 저부하 운전시에 보조 연료로서 사용된다.

이러한 석탄 화력 발전소는 미세하게 분말화된, 즉 미분화된 석탄분을 보일러에서 공급공기와 함께 연소시킴으로써 수관속의 물은 증기화되며, 이때 발생되는 수증기는 터어빈을 회전시킴으로써 발전이 이루어지게 된다.

도 1 은 일반적인 화력발전소의 보일러 미분탄 공급 시스템의 개략적인 시스템을 도시하고, 도 2 와 도 3 은 종래기술에 따른 화력발전소의 보일러 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리의 부분절단 사시도와 이에 따른 개략적인 단면도로, 이러한 노즐팁 어셈블리는 미분탄의 농도를 증대 시킬때 사용된다.

도면에 도시된 바와 같이, 도면부호 1000 으로 도시되는 화력발전소의 보일러 미분탄 공급 시스템의 시스템은 다수의 장치로 이루어 진다. 즉, 우선적으로 공급되는 분탄은 컨베이어(1400)를 통해 저장탱크(1500)로 낙화된후 미분기(1600)에서 미분탄으로 분쇄되고 분쇄된 미분탄은 외측에서 공급되는 공급공기(1700)와 함께 보일러(1100)로 이송되게 된다.이때 상기 보일러(1100)로 공급되는 미분탄과 공기는 분기관(1300)에서 분리되고 공급관(1200)을 통해 보일러(1100)로 공급된다. 본 발명에 따른 노즐팁 어셈블리(100)는 상기 보일러(1100)의 내부로 돌출되어 장착되는 공급관(1200)의 선단부에 장착되는 장비로 이하 상세히 설명하면 다음과 같다.다시말해 도면 부호 100 으로 도시한 종래기술에 따른 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리는 메인 덕트(main duct)(110), 보조 덕트(auxiliary duct)(120), 틸팅판(tilting plate)(114), 및 다수의 가이드판(112)으로 구성된다.

상기 메인 덕트(110)는 박스형의 사각관으로 이 덕트(110)를 통해 외부에서 공급되는 미분탄과 주공기가 동시에 보일러(도시생략) 내부로 유입되게 되며, 이러한 메인 덕트(110)를 감싸서 형성되는 보조 덕트(120)를 통해 보조 공기가 보일러로 유입되게 된다. 그리고, 상기한 메인 및 보조 덕트(110,120)의 선단부는 상향으로 확개되어 미분탄의 농도를 증대시키게 된다.

또한, 상기 메인 덕트(110)의 중앙 일정부위에 힌지 가능하게 장착되는 틸팅판(114)에 의해 보일러로 공급되는 미분탄과 주공기의 흐름방향을 조절할수 있다. 그리고, 상기 다수의 가이드판(112)이 상기 메인 덕트(110)의 상면과 보조 덕트(120)의 하면 사이에 축방향으로 평행하게 등간격으로 고정 장착된다.

상기와 같은 구성에 따라 상기 메인 덕트(110)를 통해 전체 공기의 85% 인 주공기(미분탄 이송공기)가 미분탄과 함께 공급되고, 나머지 15% 의 보조공기(연소 공기)가 보조 닥트(120)을 통하여 공급되는데, 이러한 보조 공기는 노즐팁 어셈블리(110)를 냉각시키는 역할도 수행하게 된다.

그리고, 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리(100)는 1 개의 보일러 내에 보통 4개 정도 설치되고, 응급상황에 대처 하기 위하여 예비 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리가 보일러 최상부에 설치되어 있다.

운전중인 보일러 내부의 최고 화염온도는 1750 ℃ 까지 올라가는데, 이때 주공기와 보조공기의 비는 전술한 바와 같이 85 : 15 의 비율로 흐르면서 미분탄의 연소와 상기 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리를 냉각 시킨다.

그러나, 정비나 일시적인 고장 등으로 일부의 노즐팁 어셈블리를 정지 시킬때는 상기한 예비 노즐팁 어셈블리를 가동시키고 정지된 메인 덕트의 주공기를 차단시키면 보조 공기를 5% 로 감소시키게 된다. 따라서, 냉각 효과는 감소되어 과열(850-900 ℃)로 인하여 메인 및 보조 덕트의 선단부가 쉽게 변형되어 종국적으로는 노즐팁 어셈블리의 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 보조 덕트의 선단부를 만곡부로 형성시키고, 가이드판을 축방향에 대하여 경사지게 하므로써 공급되는 보조공기가 와류가 형성되어 냉각 효과가 증대되어 내구성이 향상되는 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 틸딩판의 선단부에 비정질의 금속으로 도포하고 화염이 접촉하게 되는 노즐팁 어셈블리의 선단부에 알루미나-실리카계나 지르콘계의 내화물질을 피복시킴으로써 내열성이 증대되는 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리를 제공하는데 있다.

도 1 은 일반적인 화력발전소의 보일러 미분탄 공급 시스템의 개략적인 시스템.

도 2 는 종래기술에 따른 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리의 개략적인 부분 절단 사시도.

도 3 은 도 2 에 따른 노즐팁 어셈블리의 개략적인 단면도.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리의 개략적인 부분 절단 사시도.

도 5 는 도 4 에 따른 노즐팁 어셈블리의 단면도 및 요부 확대도.도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐팁 어셈블리의 개략적인 부분 절단 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10,10a:노즐팁 어셈블리, 12,12a:가이드판, 14,14a:틸팅판, 16,16a:메인 덕트, 20,20a:보조 덕트, 22,22a:만곡부, 24:냉각 구멍

이러한 상기 목적은 본 발명에 의해 쉽게 달성되며, 본 발명의 일면에 따라, 미분탄과 주공기가 동시에 보일러 내부로 유입되는 메인 덕트와, 상기 보일러 내부로 보조 공기가 유입되도록 상기 메인 덕트를 감싸서 형성되는 보조 덕트로 구성되는 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리는, 비정질 전이금속으로 선단부가 피복되고, 양측 가장자리는 상기 메인 덕트에 힌지 가능하게 장착되는 틸팅판과, 상기 메인 덕트의 축방향에 대하여 25도 내지 40도로 경사지고, 상기 메인 덕트와 상기 보조 덕트사이에서 등간격으로 고정 장착되는 다수의 가이드판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 보조 덕트의 선단부에는 내측으로 둥글게 벤딩된 만곡부가 형성되고, 이 만곡부에는 방사상으로 관통되는 다수의 냉각 구멍이 형성된다.되는 것을 특징으로 하는 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리.

그리고, 상기 보일러에서 발생된 화염이 직접 접촉되는 상기 보조 덕트와 메인덕트의 선단부에는 내화물질이 도포되고, 이러한 내화 물질은 알루미나-실리카계나 지르콘계의 단열 몰탈인 것이 바람직 하다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하며, 도면 전체를 통하여 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 4 와 도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 화력발전소의 보일러 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리의 부분절단 사시도와 이에 따른 개략적인 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 도면 부호 10 으로 도시한 본 발명에 따른 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리는 메인 덕트(16), 보조 덕트(20), 틸팅판(14), 및 다수의 가이드판(12)으로 구성된다.

상기 메인 덕트(16)는 박스형의 사각관으로 이 덕트(16)를 통해 외부에서 공급되는 미분탄과 주공기가 동시에 보일러(도시생략) 내부로 유입되게 되며, 이러한 메인 덕트(16)를 감싸서 형성되는 보조 덕트(20)를 통해 보조 공기가 보일러로 유입되게 된다. 그리고, 종래 기술에서 상술하였듯이 메인 및 보조 덕트(16,20)의 선단부는 상향으로 확개되어 미분탄의 농도를 증대시키게 된다.

게다가, 상기 메인 덕트(16)의 중앙 일정부위에 힌지 가능하게 장착되는 틸팅판(14)에 의해 보일러로 공급되는 미분탄과 주공기의 흐름방향을 조절할수 있게 되는데, 이러한 틸팅판(14)의 선단부는 비정질 전이금속으로 피복된다. 특히, 상기비정질의 전이 금속 피복은 Si :1.1-2.8 중량%, Cr : 24.5-32.0 중량%, Mn : 1.0-2.8 중량%, B : 3.0-4.2 중량%, Fe : 58.4-79.4 중량%, 기타 불순물 0-0.25 중량% 로 함유된 용접봉으로 육성용접(cladding)에 의해 이루어 지는것이 바람직 하다.

그리고, 상기 다수의 가이드판(12)이 상기 메인 덕트(16)의 상면과 보조 덕트(20)의 하면 사이에 장착되는데, 메인 덕트(16)의 축방향에서 일정방향 일정각도로 경사지게 등간격으로 고정되며, 경사각도가 축방향에 대하여 약 30 내지 60 도로 하는것이 바람직 하다. 따라서, 상기 가이드판(12)에 의해 보조 덕트(20)로 유입되는 보조 공기는 와류로 형성되어 보일너에서 발생되는 화염의 접근을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 보조 덕트(20)의 선단부에는 내측으로 둥글게 벤딩된 만곡부(22)가 형성되고, 이 만곡부(22)에는 방사상으로 관통되는 다수의 냉각 구멍(24)이 형성된다(도 5 의 확대도 참조). 이때, 냉각 커튼 효과를 극대화하기 위하여 상기 냉각 구멍(24)의 직경을 5-25 mm 정도로 드릴 등을 이용하여 뚫으며, 도면에 도시된 계단식의 홈은 드릴이 용이하게 삽입하기 위한 홈으로 이에 한정할 필요는 없다. 따라서, 보조 덕트(20) 단부의 변형 효과로 인해 강성이 증가될뿐 만아니라 상기 냉각 구멍(24)을 통과한 보조 공기의 유속은 고속으로 되어 화염의 접근을 방지하게 된다.

또한, 상기 보일러에서 발생된 화염이 직접 접촉되는 상기 보조 덕트(20)의외면과 상기 메인덕트(16)의 내면에는 알루미나-실리카계나 지르콘계의 몰탈을 도포하는데, 알루미나-실리카계의 내화물질은 Al₂O_{3 :}50-75 중량%, SiO_{2 :}20-50 중량%, Fe₂O₃0.1-1.0 중량% 로 이루어진 단열 몰탈인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리(10)의 재질을 현재의 5-10 mm 스테인레스 스틸 309 S 에서 3-6 mm의 308 S 로 제조함으로써 내열성이 증대되고 전체 중량을 감소시키게 된다.

도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화력발전소의 보일러 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리의 부분절단 사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 도면 부호 10a 로 도시한 본 실시예에 따른 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리는 메인 덕트(16a), 보조 덕트(20a), 틸팅판(14a), 및 다수의 가이드판(12a)으로 구성된다.

이와 같은 노즐팁 어셈블리(10a)의 구성은 도 4 와 도 5 에 따른 실시예와 유사하므로 이하 설명을 생략하나, 메인 및 보조 덕트(16a,20a)의 선단부가 노즐팁 어셈블리(10a)의 축방향과 거의 평행하게 형성되는 것이 상술한 실시예와 다르며, 이러한 노즐팁 어셈블리(10a)는 미분탄 농도의 증대가 그다지 요구되지 않는 보일러에 사용되게 된다.

본 발명의 상기와 같은 구성에 따라, 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리는 보조 덕트의 선단부에 냉각 구멍이 형성된 만곡부를 마련하고, 가이드판을 축방향에 대하여 경사지게 하므로써 공급되는 보조공기가 와류로 형성되어 냉각 효과의 증대 및 강성이 보강되어 내구성이 향상된다. 또한, 틸딩판의 선단부에 비정질의 금속을 도포하고 화염이 직접 접촉되는 노즐팁의 선단부에 알루미나-실리카계나 지르콘계의 내화물질을 피복시킴으로써 내열성이 증대되게 된다.

본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (4)

1. 미분탄과 주공기가 동시에 보일러 내부로 유입되는 메인 덕트(16)와, 상기 보일러 내부로 보조 공기가 유입되도록 상기 메인 덕트(16)를 감싸서 형성되는 보조 덕트(20)로 구성되는 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리(10)에 있어서,

   비정질 전이금속으로 선단부가 피복되고, 양측 가장자리는 상기 메인 덕트(16)에 힌지 가능하게 장착되는 틸팅판(14)과;

   상기 메인 덕트의 축방향에 대하여 25도 내지 40도로 경사지고, 상기 메인 덕트(16)와 상기 보조 덕트(20)사이에서 등간격으로 고정 장착되는 다수의 가이드판(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 덕트(20)의 선단부에는 내측으로 둥글게 벤딩된 만곡부(22)가 형성되고, 상기 만곡부(22)에는 방사상으로 관통되는 다수의 냉각 구멍(24)이 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 보일러에서 발생된 화염이 직접 접촉되는 상기 보조 덕트(20)와 메인덕트(16)의 선단부에는 내화물질이 도포된 것을 특징으로 하는 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 내화 물질은 알루미나-실리카계나 지르콘계의 단열몰탈인 것을 특징으로 하는 보일러의 미분탄 공급 노즐팁 어셈블리.