KR100444497B1 - 연속 증기 발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 상승하는 고온 가스관을 갖는 제 1 수직 가스 공급 파이프(4)를 포함하는 이중 연도 방식 연속 증기 발생기에 관한 것이다. 상기 방식의 증기 발생기에서는 연소 챔버-뒷벽(7)의 상부 영역(11)이 연소 챔버(8)쪽 내부로 기울어짐으로써, 연소 챔버-뒷벽이 인접하는 수평 가스 공급 파이프(5)의 바닥(12)과 함께 연소 챔버(8) 내부로 돌출하는 노우즈를 형성한다. 연소 챔버-뒷벽(7)의 하부 영역(14)에 있는 소수의 제 2 증기 발생기 튜브(9C)는 상기 뒷벽을 지지하기 위해 기울어짐 없이 고온 가스관 외부에 배치된 지지 구조물(15)까지 위로 뻗는다.

Description

연속 증기 발생기 {CONTINUOUS STEAM GENERATOR}
상기와 같은 "노우즈"를 갖는 이중 연도 방식 연속 증기 발생기는 US-A-3 174 464호의 도 1에 도시되어 있다. 이 도면에서 연소 챔버-뒷벽 하부 영역의 소수의 증기 발생기 튜브는 기울어짐 없이 고온 가스관 외부에 배치된 지지 구조물까지 뻗으며, 그럼으로써 "노우즈"를 갖는 연소 챔버-뒷벽의 지지부로서 기능한다.주로 습한 증기에 의해 관류되는 지지관 내부에서의 안정성의 문제 및 그로부터 결과될 수 있는 파이프 균열을 피할 목적으로 연소 챔버-뒷벽을 고정시키기 위해서는 지금까지 대부분 흡기 매니폴드(manifold) 및 배기 매니폴드를 갖는 별도의 부분 가열 표면이 사용되었다. 상기와 같은 고정 방식은 비용이 매우 많이 소요된다. 추가 단점으로서는, 별도의 부분 가열 표면으로 집중된 지지관의 온도가 대부분 상이하다는 점, 그리고 상기 가열 표면이 평행하게 관류되는 것이 아니라 오히려 대부분 통상의 방식으로 앞·뒤로 연달아 관류되는 경우에는 연소 챔버-측벽의 온도도 대부분 상이하다는 점이 있다. 다른 무엇보다도, 버너의 점화 전에 아직 뜨거운 연속 증기 발생기를 더 차가운 공급수로 채우는 경우에는 연소 챔버-뒷벽의 지지관과 연소 챔버-측벽 사이에서 상당한 온도차가 나타나며, 이 온도차는 결과적으로 허용되지 않는 높은 열응력을 야기할 수 있다.
본 발명은, 상부 영역이 연소 챔버쪽 내부로 기울어짐으로써 인접하는 수평 가스 공급 파이프의 바닥과 함께 연소 챔버내로 돌출하는 "노우즈(nose)"를 형성하는 제 1 수직 가스 공급 파이프의 연소 챔버-뒷벽을 포함하는, 이중 연도 방식(double-flue design) 연속 증기 발생기에 관한 것이다. 연소 챔버-뒷벽의 상부에 있는 상기 노우즈는 수평 가스 공급 파이프로 변환될 때 연도 가스의 가이드를 개선하기 위해 이용된다.
본 발명은 도면을 참조하여 기술된다.
도 1은 이중 연도 방식 연속 증기 발생기의 개략적인 측면도로서, 도면에서 제 1 수직 가스 공급 파이프의 연소 챔버-뒷벽의 원(I)으로 둘러싸인 영역에는 하기의 도면들이 집중되며,
도 2는 연소 챔버-뒷벽의 하부 영역이 기울어진 상부 영역으로 변환되는 부분을 연소 챔버의 내부 공간으로부터 외부로 바라본 투시도로서, 고온 가스를 가이드하기 위해 증기 발생기 튜브 사이에 배치되고 상기 튜브와 기밀 방식으로 결합된 연결핀을 생략한 도면이며,
도 3은 외부로부터 연소 챔버의 내부 공간 방향으로 바라본 도 2와 유사한 투시도이며,
도 4는 연소 챔버-뒷벽의 하부 영역으로부터 기울어진 상부 영역으로 변환되는 부분 및 보상 매니폴드를 도 3 및 도 5의 절단선 IV-IV에 상응하게 절단한 수직 횡단면도이며,
도 5는 연소 챔버-뒷벽의 하부 영역이 기울어진 상부 영역으로 변환되는 부분을 도 3 및 도 4의 절단선 V-V에 상응하게 절단한 단면도 및 측면도이며,
도 6은 전술한 변환 영역 및 보상 매니폴드를 도 4 및 도 5의 화살표 방향 VI에서 바라본 평면도이다.
본 발명의 목적은, 증기 발생기의 압력부 상부에서 지지 구조물 내부에 연소 챔버-뒷벽을 저렴하고도 안전하게 고정시키는 것이다.
상기 목적의 해결책은 청구항 1에 기술되어 있다.
본 발명에 따라, 연소 챔버-뒷벽을 고정시키는 중요한 구성적 요소는 유동 매체에 의해 관류되는 증기 발생기 튜브이며, 그 점에 있어서 증기 발생기 튜브에는 이중의 기능이 주어진다. 이 경우 지지관은 유동 매체의 부분 흐름에 의해서 관류되며, 상기 부분 흐름은 관류 방향으로 지지 구조물 건너편에서 재차 유동 매체의 주흐름으로 공급된다.
바람직한 실시예에 따라 지지관은 연소 챔버-뒷벽의 폭 연장부에 걸쳐 균일하게 분배된다. 본 발명에 따른 지지 기능을 위해서는 연소 챔버-뒷벽을 형성하는 증기 발생기 튜브의 - 절반보다 훨씬 더 적은 - 일부분만 필요하다.
추가 실시예에 따라 연소 챔버-뒷벽의 기울어진 부분 영역까지 뻗는 전체 증기 발생기 튜브는 연소 챔버-뒷벽의 기울어진 부분 영역 아래에서 연소 챔버 반대편 측면상에서 대략 수평으로 뻗는 보상 매니폴드 내부로 삽입된다. 그와 달리 본 발명에 따라 지지관으로 사용되는 증기 발생기 튜브는 다만 압력 보상 튜브에 의해서만 보상 매니폴드와 유체소통 가능하게 결합된다. 상기 보상 매니폴드는 연소 챔버-뒷벽 내부에서 뿐만 아니라 기울어진 상부 영역의 튜브내에서도 유동을 균일하게 분배하는 작용을 한다. 또한 보상 매니폴드내에서는 상기 매니폴드내로 흡기되는 유동 매체의 엔탈피의 부분적인 보상이 이루어진다. 이와 같은 엔탈피 보상은 본 발명에 따라 제공된 노우즈의 하부 에지를 형성하는, 유체소통 가능하게 뒤에 연결된 기울어진 가열 표면에 온도를 분배할 때 유리하게 작용한다.
본 발명에 따른 연속 증기 발생기는 이중 연도 방식으로 구성된다. 이중 연도 방식 구성이란, 고온 가스의 관류 방향(1 내지 3)으로 상승하는 고온 가스관을 갖는 제 1 수직 가스 공급 파이프(4), 수평 가스 공급 파이프(5) 및 하강하는 고온 가스관을 갖는 제 2 수직 가스 공급 파이프(6)가 앞·뒤로 연달아 배치되어 있음을 의미한다. 이중 연도 방식으로 구성된 증기 발생기는 본 명세서에서 언급되지 않은 다른 특성과 더불어 외부 치수가 전체적으로 더 낮은 장점을 갖는다.
본 경우에는 제 1 수직 가스 공급 파이프(4)의 연소 챔버(8)의 뒷벽(7)을 구조적으로 형성하여 고정시키는 것이 관심의 대상이다. 뒷벽(7)은 증발기 가열 표면에 의해 형성되며, 상기 가열 표면은 외부벽을 형성하기 위해 기밀 방식으로 서로 연결된 및 유동 매체의 관류를 위해 병렬로 접속된, 나란히 상승하는 증기 발생기 튜브(9)로 이루어진다. 상기 튜브는 도면에서 개방된 사이 공간을 포함하여 도시되었지만, 실제로는 도면에 자세하게 도시되지 않은 방식으로 기밀 방식으로 연결되어 있다. 그럼으로써 이 튜브는 개별 가스 공급 파이프를 위한 비통과성 외부벽을 형성한다. 연소 챔버-뒷벽(7)은 제 2 수직 가스 공급 파이프(6)를 향하고 있는 제 1 수직 가스 공급 파이프(4)의 외부벽이고, 실제로 수직으로 정렬되어 있다. 화석 연료는 버너(10)에 의해 외부로부터 연소 챔버(8)에 제공된다. 화석 연료의 연소시에는 가스 공급 파이프(4 내지 6)를 관류하는 고온 가스가 발생된다.
뒷벽(7)의 하부 영역(14)은 대략 수직으로 정렬된 반면, 뒷벽의 상부 영역(11)은 연소 챔버(8)의 내부 공간쪽 안으로 기울어져 있다. 그럼으로써 뒷벽은 인접하는 수평 가스 공급 파이프(5)의 바닥(12)과 함께 연소 챔버(8) 내부로 돌출하는 "노우즈"(13)를 형성하게 된다. 이 노우즈(13)는 연도 가스를 올바르게 가이드할 목적으로 이용된다. 상기 노우즈는 본 발명에 따른 증기 발생기의 구성 부분이다.
뒷벽(7)의 하부 영역(14)에서는 증기 발생기 튜브(9)가 실제로 동일하게 형성되고 수직으로 정렬되어 균일한 병렬 간격을 두고 서로로부터 떨어져 있다. 물론 - 도면에서 추가로 9C로 표시된 - 소수의 증발기 튜브(9C)는 9A로 표시된 나머지 제 1 증기 발생기 튜브(9A)와 상이한데, 차이점은 9C로 표시된 증기 발생기 튜브가 연소 챔버-뒷벽(7)을 지지하는 지지관으로서의 추가 기능을 하면서 기울어짐 없이 고온 가스관 외부에 배치된 배기 매니폴드(15)까지 위로 뻗고 그곳에서 매니폴드 내부로 삽입되는 점이다. 배기 매니폴드(15)는 지지 구조물(24)의 부분이며, 상기 지지 구조물은 구조적인 형성면에서는 자세하게 도시되어 있지 않고, 오히려 고온 가스관 외부에 있는 영역내로 기울어짐 없이 위로 유도되어 나오는 제 2 증기 발생기 튜브(9C)의 위치와 관련하여서 도면 부호 (24)로 도시되어 있다. 배기 매니폴드(15)는 보일러 커버(23) 위에 있다. 노우즈(13)의 관은 수평 가스 공급 파이프(5) 바닥(12)의 관으로 이어지며 마찬가지로 매니폴드 내부로 삽입된다. 2그룹의 관은 증기측 및 물측으로 평행하게 관류된다.
지지관으로서의 추가 기능을 하는 제 2 증기 발생기 튜브(9C)는 연소 챔버-뒷벽(7) 위에 균일하게 분배된다. 실시예에서는 연소 챔버-뒷벽(7) 내부에 통합된 증기 발생기 튜브(9)의 약 25%가 지지관으로서 기울어짐 없이 위로 뻗는 반면, 나머지 모든 제 1 증기 발생기 튜브(9A)는 특히 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 기울어진 상부 영역(11)에서 구부러져 있다.
연소 챔버-뒷벽(7)의 하부 영역(14)에 있는 증기 발생기 튜브(9)는 연소 챔버(8) 반대편 측면상에서 기울어진 부분 영역(11) 아래에서 대략 수평으로 뻗는 보상 매니폴드(16)에 의해 유체소통 가능하게 서로 연결된다.
연소 챔버-뒷벽(7)의 기울어진 부분 영역(11)까지 뻗는 제 1 증기 발생기 튜브(9A)는 휨부(17) 아래에서 각각 하나의 흡기관(18) 및 배기관(19)에 의해 매니폴드(16)와 유체소통 가능하게 연결된다. 이 경우 제 1 증기 발생기 튜브(9A)는 매니폴드(16)의 피크 영역(20) 내부로 끼워지거나(흡기관(18)) 피크 영역(20)으로부터 뻗어 나온다(배기관(19)). 제 1 증기 발생기 튜브(9A)의 흡기관(18)과 배기관(19) 사이에는 분리판(25)이 있어서 전체 유동 매체가 제 1 증기 발생기 튜브(9A)의 하부 영역(14)으로부터 매니폴드(16) 내부로 흐르게 된다.
본 발명에 따라 지지관으로 사용되는 제 2 증기 발생기 튜브(9C)는 보상 매니폴드(16)의 횡단면의 대략 적도(equator) 영역 내부로 수평으로 삽입되는 압력 보상 튜브(21)에 의해서만 공간적으로 매니폴드(16)와 결합된다. 이 때 유동 매체의 주흐름은 하부 영역에 있는 증기 발생기 튜브(9)로부터 직접 제 2 증기 발생기 튜브(9C) 내부로 흘러 들어간다. 도시된 실시예의 매니폴드(16) 주변 영역, 특히 피크 영역(20) 중에서 수평 흡기관(21)의 제 2 증기 발생기 튜브(9C)측에는 다른 파이프와 동일한 횡단면을 갖는 배기관(22)이 할당되며, 상기 배기관은 직선으로 기울어져 연소 챔버-뒷벽(7)의 상부 영역(11) 내부로 삽입되고, 그곳에서 다른 제 1 증기 발생기 튜브(9A) 옆에서 동일한 방식으로 증기 발생기 튜브의 기능을 담당한다. 기울어진 배기관(22)의 휨부가 인접한 제 2 증기 발생기 튜브(9C)를 지나감으로써, 결과적으로 제 2 증기 발생기 튜브(9C)는 하부 영역(14)에서 증기 발생기 튜브로서 취하는 것과 동일한 간격 위치를 배기관이 기울어진 상부 영역(11)에서 취하게 된다.
본 명세서에 기술되지 않은 다른 실시예에서는 기울어진 상부 영역(11)에서 추가로 작용하는 증기 발생기 튜브로서의 상부 배기관(22)이 없다. 상기 실시예에서는 다만 하부 영역(14)으로부터 휨부(17)를 거쳐 기울어진 제 1 증기 발생기 튜브(9A)만이 기울어진 상부 영역(11)에서 증기 발생기 튜브로서 존재한다.

Claims (6)

  1. (2회 정정)상승하는 고온 가스관을 갖는 제 1 수직 가스 공급 파이프 및 수평 가스 공급 파이프가 고온 가스의 관류 방향(1-3)으로 연속으로 앞·뒤로 배치되어 있고,
    나란히 상승하고, 기밀 방식으로 서로 결합되었으며, 유동 매체의 관류를 위해 평행하게 연결된 증기 발생기 튜브(9)로 이루어진 증발기 가열 표면에 의해 형성된, 수평 가스 공급 파이프(5)의 방향으로 배치되고 수직으로 정렬된 제 1 수직 가스 공급 파이프(4)의 연소 챔버-뒷벽(7)이 다수의 제 1 증기 발생기 튜브(9A) 및 소수의 제 2 증기 발생기 튜브(9C)를 포함하며,
    상기 제 1 증기 발생기 튜브(9A)의 상부 영역(11)이 연소 챔버(8)쪽 내부로 기울어져 있음으로써 인접하는 수평 가스 공급 파이프(5)의 바닥(12)과 함께 연소 챔버(8) 내부로 돌출하는 노우즈(13)를 형성하도록 구성된, 이중 연도 방식 연속 증기 발생기에 있어서,
    상기 연소 챔버-뒷벽(7)의 하부 영역(14)에 있는 제 2 증기 발생기 튜브(9C)는 상기 뒷벽(7)의 지지부로서 기울어짐 없이 고온 가스관 외부에 배치된 지지 구조물(24)까지 위로 뻗으며,
    상기 제 1 증기 발생기 튜브(9A)는 기울어진 연소 챔버-뒷벽(7)의 상부 영역(11) 아래에서, 각각의 증기 발생기 튜브에서 증기가 인출되는 흡기관(18) 및 상기 흡기관(18) 위에 배치되어 상기 각각의 증기 발생기 튜브로 증기가 도달되는 배기관(19)을 통하여, 상기 연소 챔버(8) 반대편에 수평으로 뻗어 있는 보상 매니폴드(16)에 연결됨으로써 증기 발생기 튜브가 서로 유체 소통가능하게 연결되며,
    상기 흡기관(18)과 배기관(19) 사이에 분리판(25)을 포함하며,
    지지부로서 제공된 상기 제 2 증기 발생기 튜브(9C)도 또한 각각 압력 보상 튜브(21)에 의해서 유체소통 가능하게 보상 매니폴드(16)와 연결되는 것을 특징으로 하는 연속 증기 발생기.
  2. (정정)제 1항에 있어서,
    상기 제 2 증기 발생기 튜브(9C)는 상기 연소 챔버-뒷벽(7)의 폭 연장부에 걸쳐 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 연속 증기 발생기.
  3. (2회 정정)제 1항에 있어서,
    상기 흡기관(18)과 배기관(19)이 상기 보상 매니폴드(16)의 피크 영역(20) 내부로 삽입되거나 상기 피크 영역으로부터 뻗어 나오는 것을 특징으로 하는 연속 증기 발생기.
  4. (2회 정정)제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 증기 발생기 튜브(9C) 영역에서 별도의 배기관(22)이 상기 보상 매니폴드(16)로부터 뻗어 나오고, 인접하는 다른 증기 발생기 튜브(9)에 대해 평행하게 기울어져 연소 챔버-뒷벽(7)의 상부 영역(11) 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 연속 증기 발생기.
  5. (2회 정정)제 4항에 있어서,
    상기 기울어진 배기관(22)이 인접한 제 2 증기 발생기 튜브(9C)를 휘어져 지나가는 것을 특징으로 하는 연속 증기 발생기.
  6. 삭제
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