KR100403157B1 - 싸이클론 도입도관에서의 클링커 방지 및 공기분산 장치 - Google Patents

싸이클론 도입도관에서의 클링커 방지 및 공기분산 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 싸이클론 도입도관에 관한 것으로 특히 순환유동층의 상승관과 싸이클론 도입도관내의 클링커 생성을 방지하고 기체유속을 조절하여 싸이클론내로 유입되는 유체의 속도를 변화시켜 효율을 조절하는 싸이클론 도입도관에서의 클링커 방지 및 공기분산 장치에 관한 것이다.
종래에 순환유동층 장치를 이용해 연료를 연소할 경우, 싸이클론 도입도관에서 순환되는 고온 고체의 축적 및 클링커 생성의 위험이 있다. 이는 특히, 연소로에서 비산 고체량이 과다하게 증가하여 도입도관에서 기체의 포화 고체 운송량을 넘었을 경우에 발생할 수 있으며, 이로 인해 고온의 고체가 축적되어 클링커를 형성하고 고체 순환에 방해를 가져오게 된다.
본발명은 싸이클론 도입도관내의 공기분산노즐은 공기주입 방식에 있어 유체 흐름의 접선 주입 방식 및 유량 조절 방식을 가짐으로써 미분 축적에 의한 크링커 생성을 방지하고 싸이클론의 효율 조절을 통한 순환유동층의 안정적이고 최적의 운전조건을 제공하는 효과가 있다.

Description

싸이클론 도입도관에서의 클링커 방지 및 공기분산 장치{Clinker prevention and air dispersion device for cyclone seperator}
본 발명은 싸이클론 도입도관에 관한 것으로, 특히 순환유동층의 상승관과 도입관내의 클링커 생성을 방지하고 기체유속을 조절하여 싸이클론내로 유입되는 유체의 속도를 변화시켜 효율을 조절하는 싸이클론 도입도관에서의 클링커 방지 및 공기분산 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 순환유동층은 종래의 기포유동층에 비하여 높은 유속에서 조업되는 반응기로 고속의 기체와 크기가 작은 고체 입자간의 긴밀한 접촉을 통하여 대규모의 여러가지 화학적, 물리적 작업을 수행하는 유동층 기술의 한 분야로서, 비교적 높은 유속에서 조업되므로 모든 입자가 연소내로 비산된다.이렇게 비산된 입자들은 싸이클론 도입도관을 지나 싸이클론에서 포집되어 재순환부 혹은 일부는 외부 열교환기를 거쳐 다시 연소로로 재순환하게 된다.특히, 순환유동층 연소로의 운전 방식이 일정 고체량을 연소로내에 함유하도록 조절되고 있어 싸이클론에서의 포집 및 재순환량이 과다할 경우 하부 회재로 배출되는 양이 많아짐은 물론 싸이클론 후단 전열부에서의 열교환율이 낮아지는 단점이 있어 싸이클론은 비산, 순환된 고체 중 적절한 고체 포집을 통해 재순환을 하도록 설계되어 있다.
도 1은 종래에 순환유동층의 작동과정을 도시한 것으로서,
연소로(10)에서 비산된 연료 및 고체입자는 싸이클론 도입도관(14)을 지나 싸이클론(12)에서 포집되어 재순환부(18) 및 외부열교환기(20)를 지나 연소로(10)로 다시 순환되며, 싸이클론(12)에서 포집되지 않은 고체는 볼텍스파인더(16)를 거쳐 후단 전열부를 거쳐 전지 집진기에서 포집, 처리되는 장치 구성을 갖는다.
종래에 순환유동층 장치를 이용해 연료를 연소할 경우, 도입도관(14)에서 순환되는 고온 고체의 축적 및 클링커 생성의 위험이 있다. 이는 특히, 연소로(10)에서 비산 고체량이 과다하게 증가하여 도입도관(14)에서 기체의 포화 고체 운송량을 넘었을 경우에 발생할 수 있으며, 이로 인해 고온의 고체가 축적되어 클링커를 형성하고 고체 순환에 방해를 가져오게 된다.
한국 공개특허 공보 제97-43089에는 고온 싸이클론 도입도관에서의 고체 축적 방지 방법 및 장치가 게시되어 있다. 선행특허에서는 미분축적을 초음파 센서로 감지하여 일정 축적분 이상 되었을 경우, 질소의 펄스 공급을 통해 도입도관 위로 부유시켜 배가스에 유입되어 흐르도록 되어있다.그러나, 한국 공개특허공보에서 제안된 장치는 고체 순환량이 많거나 축적이 급격히 진행될 경우 감지 및 해소가 어려울 뿐 아니라, 연소중의 고체입자가 적은 양이라도 축적되는 경우 클링커를 형성하여 질소의 공급에도 부유하지 않은 단점이 있으며, 또한 질소의 펄스 공급은 도입도관에서 유체 흐름을 방해할 수 있는 단점이 있다.
한편, 싸이클론의 효율은 도입도관(14)으로 유입되는 고체량 중 포집되어 재순환하는 고체량으로 정의되며, 이러한 싸이클론(12)의 효율은 싸이클론(12)의 형태와 볼텍스파인더(16) 길이 및 도입도관(14)에서의 유속 등에 영향을 준다.이중, 도입도관(14)에서의 유속은 그 값이 커질수록 싸이클론(12)내에서의 유체 회전력의 증대를 가져오기 때문에 고체의 원심력 증가로 인한 포집 효율을 높이는 결과를 가져온다.그러나, 순환유동층 보일러의 운전방식은 부하에 따라 유속이 감소하는 방식으로 이루어질 수밖에 없어 싸이클론의 효율은 저부하에서 점차 낮아지며, 순환유동층 초기 설계시 싸이클론(12)의 형태 및 도입도관(14)의 단면적 등이 정해져 있어 싸이클론(12) 효율이 설계에 미치지 못할 경우에는 도입도관(14)으 단면적을 줄이거나, 볼텍스 파인더(16) 길이를 늘이는 작업을 수행하는 불편한 점이 있다.
이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 순환유동층 싸이클론 도입도관의 바닥에 싸이클론 방향으로 공기 분산 노즐을 설치하여, 고체축적으로 인한 클링커의 생성을 방지하고, 유체의 회전력을 조절하며, 싸이클론 효율의 조절을 그 목적으로 한다.
도 1은 종래에 순환유동층의 연소로, 싸이클론과 재순환부를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 싸이클론 도입도관에 공기분산노즐을 설치한 개략도.
도 3은 도2의 공기분산노즐을 상세히 도시한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
10 : 연소로 12 : 싸이클론
14 : 도입도관 16 : 볼텍스파인더
18 : 재순환부 20 : 외부열교환기
30 : 공기분산노즐 35 : 노즐코
40 : 공기상자 45 : 공기공급관
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 순환유동층 싸이클론 도입도관에 있어서, 도입도관내에 유체의 흐름을 조절하고 각도를 변형할 수 있는 공기분산노즐을 포함한다.
본 발명의 다른 특징은, 공기분산노즐은 공기분산노즐군 마다 각각의 공기상자를 보유하여 공기 유량 및 유속의 조절이 가능한 것과, 상기 공기분산노즐은 소정의 형태로 제작되는 것과, 상기 공기분산노즐의 노즐코의 높이는 상기 싸이클론 도입도관의 바닥을 기준으로 소저의 각이 되도록 구성되는 것을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 순환유동층과 싸이클론의 연결부인 도입도관의 내부에 실장되는 공기분산노즐과 공기의 공급을 조절하는 공기상자 등을 도시한 것이며, 도 3은 공기분산노즐을 상세히 도시한 개략도이다.먼저, 본 발명에 따른 구성요소 중 연소로(10)와 싸이클론(12)과 도입도관 (도관(14))과 볼텍스파인더(16)와 재순환부(18)와 외부열교환기(20)는 종래 기술과 기능상 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 연소로(10)와 싸이클론(12)을 연결하는 도입도관(14)의 내부공간에 공기분산노즐(30)과, 공기분산노즐(30)에 공기를 공급하여주는 공기상자(40)가 구성된 것에 차이점이 포함된다.
공기분산노즐(30)은 사면체의 구조로서, 도입도관(14)의 하부면에 부착되어 고체 순환 흐름을 원활히 유도함은 물론 공기 분사 방향도 싸이클론(12)을 향하게 유도한다.또한, 공기상자(40)에 의해선 공기의 주입이 이루어지므로 균일한 공기공급을 할 수 있으며, 공기상자(40)에 다수개의 공기공급관(45)을 구비함으로써 공기분산노즐(30)군 마다 각각의 유량 및 유속 조절을 할 수 있다.
공기분산노즐(30)의 크기 및 개수는 연소로(10)에 주입되는 공기의 변화량과 상관되어 결정되며, 각 공기분산노즐(30)에서의 공기 제트의 길이는 앞선 공기분산노즐 라인까지 뻗을 수 있도록 결정되는 것이 바람직하다.
또한, 공기분산노즐(30)의 몸체상면에 다수개의 노즐코(35)가 가로방향 또는 세로방향을 따라 규칙적으로 형성되며, 특히 노즐코(35)의 높이에 따라 공기분산노즐(30)로부터 분사되는 공기의 흐름 각도가 결정되고, 각 공기분산노즐(30)의 군마다 각이 달라질 수 있으며, 그 높이는 공기분사의 각이 15~60˚정도 되도록 하는 것이 바람직하다.공기상자(40)는 공기분산노즐(30)군에 따라 각각의 유량조절이 되도록 나뉘어야 하며, 공기분산노즐(30)군은 유체 흐름 방향으로 나누어 각각의 공기상자(40)에 연결된 형태를 띄게 된다.
도입도관(14)내의 공기분산노즐(30)의 설치는 바닥으로부터 도입도관(14) 상부까지 공기 분사를 통해 바닥에 고체의 축적을 없애며, 이로 인한 싸이클론 도입도관(14)내의 클링커 생성 및 성장을 방지한다.또한, 공기분산노즐(30)의 형태 및 위치가 싸이클론 도입도관(14)내의 유체 흐름에 방해를 주지 않으며 유체의 싸이클론(12)으로의 흐름을 개선하며, 공기분산노즐(30)간의 간격 및 유속 조정을 통해 공기분산노즐(30)사이의 미분의 축적도 방지할 수 있다.별도의 공기상자(40)를 사용하여 공기분산노즐(30)군 각각에서의 공기량을 조절하거나 노즐코(35)의 높이에 따른 분사각의 조절에 의해 싸이클론(12)으로의 유체 흐름의 유속 및 각도를 조절할 수 있어, 싸이클론 도입도관(14)의 단면적 감소효과 및 볼텍스파인더(16)로의 직접적인 고체 배출을 방지하여 싸이클론(12)의 효율을 조절할 수 있다.싸이크론(12) 효율의 조절은 순환유동층 연소로의 저부하 운전시 적은 공기량의 유입으로 인한 싸이클론 효율의 저하를 막을 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 공기분산노즐(30)을 통한 공기주입을 전체 유체 흐름의 접선형태로 함으로써 모멘텀 제공을 균일하게 하며, 싸이클론 도입도관(14)의 바닥에 기체 흐름을 유도하여 고체의 축적을 방지하며, 싸이클론 도입도관(14)내에 유속의 조절이 가능하고, 이로 인한 싸이클론(12)으로 유입되는 유체의 회전력을 조절하여 싸이클론(12)의 효율을 조절할 수 있다.
또한, 공기분산노즐(30)을 바닥에 접지하고, 형태는 사면체형 혹은 사면형태의 곡선부로 제작하여 싸이클론 도입도관(14)내의 유체흐름에 방해를 주지 않으며, 공기분산노즐(30)의 공기공급 및 주입방식을 공기분산노즐(30)군에 따라 각 공기상자를 이용한 방식으로 설정하여 공기분산노즐(30)군에 따른 공기유량을 조절한다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정하지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자라면 자명한 범위 내에서 본 발명을 여러가지로 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이와같은 수정 및 변경은 본 발명의 기술적 범주에 해당함을 밝혀 둔다.
이상과 같이, 본발명은 싸이클론 도입도관내의 공기분산노즐은 공기주입 방식에 있어 유체 흐름의 접선 주입 방식 및 유량 조절 방식을 가짐으로써 미분 축적에 의한 크링커 생성을 방지하고 싸이클론의 효율조절을 통한 순환유동층의 안정적이고 최적의 운전조건을 제공하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 순환유동층의 싸이클론 도입도관에 있어서,
    상기 도입도관(14)의 내부공간에 공기상자(40)로부터 공급되는 공기의 분사방향을 싸이클론(12)의 방향으로 유도하는 공기분산노즐(30)이 장착된 것을 특징으로 하는 싸이클론 도입도관에서의 클링커 방지 및 공기분산장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공기상자(40)는, 그 내부공간에 각 공기분산노즐(30)의 군마다 공기 유량 및 유속을 조절하기 위한 각각의 공기공급관(45)이 구비된 것을 특징으로 하는 싸이클론 도입도관에서의 클링커 방지 및 공기분산 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공기분산노즐(30)은, 그 몸체상면에 도입도관(14)의 바닥면을 기준으로 공기분사각이 15~60˚를 유지하는 다수개의 노즐코(35)가 가로방향 또는 세로방향을 따라 규칙적으로 형성된 것을 특징으로 하는 싸이클론 도입도관에서의 클링커 방지 및 공기분산 장치.
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