KR100362917B1 - 복합발전용폐열보일러핀튜브블럭의롤러를이용한지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합발전용 폐열회수 증기발생기(이하, '폐열보일러') 핀튜브블럭의 롤러를 이용한 지지구조에 관한 것으로, 종래의 핀튜브블럭 지지구조의 주된 방법이자 형태인 상부매달기는 폐열보일러의 정상가공시를 전제로 견고하게 혹은 일측으로 미동에만 대비한 지지구조로 되어 있어, 급격한 부하로 인한 열적응력이나 지진 등의 외부요인에 대한 대비가 되어 있지 않아, 실제적인 시스템의 요구수명에 달하지 않는 점과 그에 따른 경제적인 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 핀튜브블럭의 지지수단의 각 부재가 서로 유연하게 결합된 것으로 구성되어 있어, 폐열보일러 내부에서 일어나는 폐가스의 유동에 동반된 진동과 고열에 의한 전열관의 고정 또는 지지수단의 파손 및 피로현상을 막고, 특히 지지수단 상의 각 용접부분에 응력이 집중되는 것을 막음으로서 유지보수에 따른 비용을 절감할 수 있고 결과적으로 폐열보일러의 수명을 연장시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Description

복합발전용 폐열보일러 핀튜브블럭의 롤러를 이용한 지지구조

본 발명은 복합발전용 폐열회수 증기발생기(이하, '폐열보일러') 핀튜브블럭의 롤러를 이용한 지지구조에 관한 것으로, 가스터빈으로부터의 폐열을 활용하여 증기터빈을 돌리는 복합발전설비에 있어서, 폐열보일러 내부에서 설치되어 폐가스에 직접 노출되는 핀튜브의 블록구조물을 지지하는 수단을 종래와는 달리 핀튜브블럭에 가요성을 부여하는 구조로하여 통상의 운전시에 발생하는 피로현상을 완화함은 물론, 국부적인 열팽창에 따른 열응력과 지진 등의 외부요인에 의한 용접부분의 결합력저하를 미연에 방지할 수 있는 핀튜브블럭의 지지구조에 관한 것이다

일반적으로 복합발전시스템은 연료를 연소시켜 고압고온의 연소가스를 발생시키고 이 고온고압의 연소가스를 이용하여 가스터빈을 구동하여 전기를 발생하는 가스터빈 시스템과, 가스터빈을 구동하고 배출되는 연소가스의 열을 회수하는 폐열보일러와, 폐열보일러에서 발생된 고온고압의 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 발생시키는 증기터빈 시스템으로 구성되어 있다.

상기 폐열보일러 내부에는 과열기, 증발기, 재열기 등의 기능을 가진 전열관들이 내장되어, 강한 유동에너지와 열에너지를 포함하여 가스터빈으로부터 배출되는 폐가스로부터 열에너지를 흡수하는 작용을 하게 된다.

위에서 언급한 바와같이 폐가스는 강한 유동에너지에 열에너지를 실은 상태에서 유동하므로, 상기 전열관이 보여 형성된 핀튜브블럭은 폐가스의 열에너지를 높은효율로 흡수하면서도 폐가스의 진동파장에 인해 파손되지 않도록 견고하게 부착되어있어야 한다.

상기 폐열보일러 내부에서의 폐가스 흐름방향이 수평일 경우 보통 상기 전열관들이 수직으로 매달려 있는 구조로 설치되는데, 기 핀튜브블럭의 종래의 지지방법은 크게 하부접지방법과 상부매달기 방법으로 대별되며 여기서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상부매달기 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 종래의 기술에 따른 핀튜브블록 상부매달기 방법이 적용된 지지구조를 나타낸 측면 구조도이다.

상기 상부매달기 방법은 복합발전용 폐열보일러 제작업체들이 주로 채택하고 있는 기술이며, 상부매달기 방법이 적용된 폐열보일러 내부의 핀튜브블럭 지지구조는 다음과 같다.

폐열보일러 내부천정벽면에 설치되는 지지프레임(49)과 상기 지지프레임에 지지봉(46)을 거쳐 연결되는 연결프레임(45)과, 상기 연결프레임(45)에 너트(43) 및 와셔(44)로 고정되고 U자형을 띠며 핀튜브블럭의 헤더(41)의 둘레를 감싸는 유 볼트(42)로 구성된다.

이러한 종래의 핀튜브블럭 지지수단은, 상부에서 너트(43) 및 와셔(44)로 고정된 핀튜브블럭의 유볼트(42)등으로 헤더(41)를 연결프레임(45)을 통하여 지지프레임(49)에 고정시키는 것으로, 단순하게 와셔(48) 및 너트(47)로 고정된 지지봉(46)에는 전열관 전체의 팽창이나 지지수단의 각부재의 열팽창에 대비한 구조가 갖추어져 있지 않고 단순히 헤더의 위치를 유지할 수 있는 구성으로 되어 있기때문에 지지구조에 가요성을 주지 못하여 열팽창 혹은 지진 하중이 작용시 지지수단 각 부재의 용접지점이 파손될 위험을 안고 있으며 매일 고열과 기동정지가 반복되는 혹심한 운전조건에서는 각 부재에 피로가 누적되기 마련이며 요구수명을 다하지 못하는 경우가 많이 발생되고 있는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 본 발명은, 핀튜브블럭의 지지수단의 각 부재가 서로 유연하게 결합된 것으로 구성되어 있어, 폐열보일러 내부에서 일어나는 폐가스의 유동에 동반된 진동과 고열에 의한 전열관의 고정 또는 지지수단의 파손 및 피로현상을 막고, 특히 지지수단 상의 각 용접부분에 응력이 집중되는 것을 막음으로서 유지보수에 따른 비용을 절감할 수 있고 결과적으로 폐열보일러의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있는 핀튜브블럭의 새로운 지지구조의 제안을 그 목적으로 한다.

상기 목적은, 복수개의 핀튜브 끝단부와 용접 부착되는 헤더에 용접부착되는 헤더브라켓과 상기 헤더브라켓에 핀으로 고정되는 연결판과 상기 연결판의 다른 일측에 다시 핀으로 고정되는 연결봉과 상기 연결봉의 다른 일측에 결합되는 지지판과 상기 지지판의 다른 일측에 결합되어 폐열보일러의 지지 프레임상에서 지지판을 이동가능하게 하는 롤러와 상기 헤더와 연결되어 수증기를 일시저장하고 다음 증기발생단계로 연결하는 드럼으로 구성된 본 발명에 의해 달성될 수 있는 바, 이하 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐열보일러의 핀튜브블럭지지

구조에 대한 측면 구조도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤러블럭의 정단면구조도.

도 3은 종래의 기술에 따른 핀튜브블록 상부매달기 방법이 적용된 지지구조 를 나타낸 측면 구조도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10. 롤러 11. 롤러핀

12. 스페이서 13,31. 와셔

14. 탈락방지용 핀 15. 지지판

16. 지지프레임 17. 연결봉

18. 신축기 19. 케이싱

21. 연결판 22,23,30,33. 핀

24. 헤더브라켓 25. 헤더

26. 핀튜브 28. 연락관

29. 드럼 32. 너트

52,53. 용접부

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐열보일러의 핀튜브블럭 지지구조에 대한 측면 구조도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤러블럭의 정단면구조도를 나타낸 것이다.

본 발명은, 폐열보일러의 내부에서 배치된 핀튜브(26) 끝단부와 용접 부착되는 헤더(25)와, 상기 헤더(25)에 용접부착되는 헤더브라켓(24)과, 상기 헤더 브라켓(24)과 핀(23)으로 연결고정되도록 핀구멍이 형성된 연결판(21)과, 상기 연결판(21)의 다른 핀구멍에 핀(22)으로 연결고정되는 연결봉(17)과, 상기 연결봉(17)의 다른 일측과 연결되면서 그 연결지점에 연결봉(17)의 측방향상으로의 이동 여유(D)를 두고 핀(30)(33) 및 와셔(31) 및 너트(32)로서 결합되는 지지판(15)과, 상기 지지판(15)의 다른 일측에 결합되어 폐열보일러의 지지프레임상에서 지지판을 이동가능하게 하는 롤러(10)와, 상기 헤더(25)와 수증기를 일시저장하고 다음 증기 발생단계로 연결하는 드럼(29) 사이를 연결하는 연락관(28)과, 상기 연결봉(17) 및 연락관(28)이 통과하는 폐열보일러 케이싱의 구멍에 부착되는 신축기(18)로 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 작용에 관해 설명한다.

도 1은 본 발명인 복합발전용 폐열보일러의 핀튜브블럭 상부롤러지지구조의 바람직한 실시예를 나타낸 개략측면도이다.

폐열보일러에서 전열부를 구성하는 핀튜브(26)는 전열효율을 높이기 위한 방편으로 핀(27)을 나선형으로 감아 용착시킨 것을 주로 사용하고 있고, 본 발명에서 언급되어 있지 않은 가스터빈에 사용되는 연료에 따라서는 나관(Bare Tube)을 사용하는 경우도 있다.

전열부를 구성하는 핀튜브(26)들은 헤더(25)에 접속되어 있으며 헤더(25) 상부에는 헤더브라켓(24)이 용접 등의 방법으로 견고하게 부착되어 있다.

그리고, 상기 헤더브라켓(24)과 연결봉(17)이 연결판(21)을 매개로하여 상부 및 하부에서 핀(22,23)으로 연결되어 있다.

상기 연결봉(17)의 중간지점에 부착되는 신축기(18)를 경계로 연결봉(17)은 케이싱(19)의 내부부분과 외부부분으로 구분되게 된다.

이어서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 연결봉(17)은 핀(30), 와셔(31), 너트(32), 핀(33)의 연결수단을 통하여 지지판(15)에 연결되어 있으며, 이 때 상기 연결봉(17)과 지지판(15)과의 간격(b-a)만큼 이동여유(D)를 좌우에 각각 충분히 유지하여 헤더(25)의 축방향이동에 대처할 수 있는 구조로 되어 있다.

상기 연결봉(17)을 통해 가해진 응력에 의해 지지프레임(16)상에서 상기 지지판(15)을 자유롭게 움직이게 하는 상기 롤러(10)는 도 1에서는 횡렬로 두 개가 연속배치되어 있는 것으로 나타나고, 도 2에서는 상기 각각의 롤러(10)가 스페이서 (12)를 사이에 두고 다시 두 개의 롤러(10)가 롤러핀(11)에 끼워져서 하나의 롤러블럭을 이루고 있어 결국, 두조의 롤러블럭이 하나의 연결봉(17)을 지지하고 있는 형상을 띠게 된다.

상기 각조의 롤러블럭의 구조에 대해 다시 설명하면, 롤러(10), 스페이서(12), 와셔(13)를 두장의 지지판(15)사이에 위치시키고 롤러핀(11)으로 삽입연결한 다음 지지판(15)외부로 돌출한 양단을 탈락방지용 핀(14)으로 고정한 구조로 되어 있다.

도 1에서는 간략하게 나타냄으로해서 다소 설명이 필요한 부분은 헤더(25)와 연락관(28) 그리고, 드럼(29)에 관한 것으로, 복수개의 핀튜브(26) 또는 나관을 거친 고온고압의 증기는 헤더(25)에 모여서 연락관(28)을 통해 드럼(29)에 보내진 다음 드럼(29)으로부터 다음 증기생성단계로 연결되게 된다.

그리고, 도면에는 자세히 도시되지 않았으나, 헤더(25)와 연락관(28) 그리고 드럼(29)은 각각의 접합지점이 용접가공되어 있으며, 본 발명의 핀튜브블럭의 지지 구조는, 핀튜브(26)와 연결봉(17) 등지에 열응력이나 외부진동이 가해지더라도 이를 회피하여 각 지점의 용접가공지점의 접합상태에 아무런 영향이 미치지 않도록 할 수 있다.

종합하면, 폐열보일러 내부에서 폐가스의 유동에 동반된 전열작용이 핀튜브 또는 나관에서 발생하여 정상적인 가동시에는 헤더를 중심으로한 핀튜브블럭 지지 구조에 그다지 심각한 열적팽창에 의한 열응력이 작용하지 않기 때문에 종래에는 단순히 핀튜브블럭을 견고하게 고정해 두거나 약간의 진동을 상쇄하는 구조로 되어 있었으나, 본 발명의 핀튜브블럭 지지구조는 폐열보일러의 급격한 부하상승에 동반한 내부온도상승과 각 전열기와 이에 부속된 기계요소에 급히 발생한 열응력으로 인한 파손을 방지할수 있도록, 핀튜브블럭에 전후좌우로 응력이 발생하였을 때 핀튜브블럭이 전후좌우로 이동할 수 있는 가요성을 부여함으로서 응력이 상쇄되도록 하는 지지구조로 되어 있어, 순간적이고 급격한 부하상승에 대비할 수 있고, 지진 등의 외부요인에 의한 응력집중시에도 대비할 수 있게 된다.

본 발명은, 핀튜브블럭의 지지수단의 각 부재가 서로 유연하게 결합된 것으로 구성되어 있어, 폐열보일러 내부에서 일어나는 폐가스의 유동에 동반된 진동과 고열에 의한 전열관의 고정 또는 지지수단의 파손 및 피로현상을 막고, 특히 지지 수단 상의 각 용접부분에 응력이 집중되는 것을 막음으로서 유지보수에 따른 비용을 절감할 수 있고 결과적으로 폐열보일러의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 이처럼 열응력 또는 지진 등 과도한 충격하중이 부과될 경우 롤러(10)가 이동하여 응력을 제거해 주기 때문에 드럼과 노즐의 용접부(52) 또는 헤더와 연락관의 용접부(53)에서의 큰 국부응력 발생을 방지하여 매일 기동정지가 반복되는 혹심한 운전조건에서도 보일러의 요구수명을 충족시켜 줄 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 폐열보일러의 내부에서 배치된 복수의 핀튜브(26) 끝단부와 용접부착되는 헤더(25)와, 상기 헤더(25)에 용접부착되는 헤더브라켓(24)과, 상기 헤더브라켓 (24)과 핀(23)으로 연결고정되도록 핀구멍이 형성된 연결판(21)과, 상기 연결판(21)의 다른 핀구멍에 핀(22)으로 연결고정되는 연결봉(17)과, 상기 연결봉(17)의 다른 일측과 연결되면서 그 연결지점에 연결봉(17)의 측방향상으로의 이동여유(D)를 두고 핀(30)(33) 및 와셔(31) 및 너트(32)로서 결합되는 지지판(15)과, 상기 지지판(15)의 다른 일측에 결합되어 폐열보일러의 지지프레임상에서 지지판을 이동가능하게 하는 롤러(10)와, 상기 헤더(25)와 수증기를 일시저장하고 다음 증기발생단계로 연결하는 드럼(29) 사이를 연결하는 연락관(28)과, 상기 연결봉(17) 및 연락관(28)이 통과하는 폐열보일러 케이싱의 구멍에 부착되는 신축기(18)로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합발전용 폐열보일러 핀튜브블럭의 롤러를 이용한 지지구조.