KR100515464B1 - 부식성 연도 가스가 있는 소각 플랜트의 과열 증기용 증기 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부식성 연도 가스가 있는 소각 플랜트의 과열 증기용 증기 발생기 (1) 에 관한 것이며, 본질적으로는 복사부 (2) 및 1 이상의 과열기 (8) 를 구비한 대류부 (5) 를 포함하고, 복사부 (2) 의 1 이상의 벽 (9) 의 내부에 배치된 플레이트 (10) 를 구비하며, 복사부 (2) 의 벽 (9) 과 플레이트 (10) 사이에 스페이스 (12) 가 제공되며, 과열기 (8) 의 적어도 일부가 벽 과열기 (15) 로서 복사부 (2) 의 스페이스 (12) 안에 배치된다. 증기 발생기는, 스페이스 (12) 가 연소실 (3) 에 있는 가스의 압력보다 더 높은 압력에 있는 비부식성 기체 분위기를 함유한다는 특징이 있다. 이러한 방식으로, 최종 과열기에의 부식이 없이 높은 과열 온도에 도달하는 것이 가능하여서, 과열기는 저렴한 재료로 제조될 수 있다.

Description

부식성 연도 가스가 있는 소각 플랜트의 과열 증기용 증기 발생기 {STEAM GENERATOR FOR SUPERHEATED STEAM FOR INCINERATION PLANTS WITH CORROSIVE FLUE GASES}

본 발명은 폐기물, 특수 폐기물 또는 정제 슬러지의 열처리 분야에 관한 것이다. 본 발명은 부식성 연도 가스가 있는 소각 플랜트의 과열 증기용 증기 발생기에 관한 것이며, 본질적으로는 1 이상의 연소실이 있는 복사부와, 1 이상의 과열기를 구비하는 대류부를 포함하며, 복사부의 1 이상의 벽 내부에 플레이트가 배치되며, 플레이트와 복사부의 벽 사이에는 스페이스가 제공되며 이 스페이스 내부에 과열기의 일부가 벽 과열기로서 배치된다.폐기물 소각 플렌트에 증기 보일러, 자연순환 보일러뿐만 아니라, 강제 순환 보일러 또는 1 회 통과 보일러를 사용하는 것이 종래 기술에 공지되어 있고, 널리 사용중이다.현재, 중앙 유럽 국가에서 폐기물 소각 플랜트에 사용되는 보일러는, 연소실로부터의 유동가스가 하방유동의 제 1 의 중공 연도 (empty flue) 를 통하여 상방 유동의 제 2 의 중공 연도로 유동하고 계속해서 수평으로 늘어선 연도 (대류부) 로 유동한다. 가스가 연소실을 통과하여 유동한 후 수평의 대류부로 바로 유동하는 폐기물 소각 보일러 또한 공지되어 있다. 이들 수평의 밀폐-루프 (closed-loop) 보일러에 추가해서, 폐기물 소각 플랜트용 수직 증기 발생기 또한 공지되어 있으며, 여기서 대류부는 수직으로 배치되며 3-연도 또는 4-연도 타입 (K.J. Thermische Abfallbehandlung [열 폐기물 처리]. EF Verlag fuer Energie-und Umwelttechnik GmbH, 1994, 페이지 390-402) 이 통상적이다.이들 공지된 폐기물 소각 보일러에서는, 증발기, 최종 과열기, 과열기 및 절약 장치 (economizer) 순으로 대류부에 포함된다. 이 배치는 40 bar, 400 ℃ 의 통상적 증기 변수에 특히 적용한다. 부식 때문에, 과열기는 비교적 낮은 가스 온도 (< 650℃) 에 노출되며 또한 커져야 한다.이들 보일러의 결점은 최종 과열기가 350℃ 이상의 벽 온도에서 부식되는데, 오프-가스 (off-gas) 에 의해 유입된 오염물이 고온에서 튜브상에서 풀같이 되어 외피를 형성하고 오염시키기 때문이다. 400 ℃ 이상의 고온 증기 온도가 전기 발생의 관점에서 바람직할지라도, 부식의 문제가 이를 모두 불가능하게 한다.부식성 가스로부터 폐기물 소각 플랜트의 연소실 내부를 보호하기 위해서 연소실 벽으로의 열전도성이 우수한, 예컨대 탄화 규소와 같은 플레이트 또는 램밍 화합물 (ramming compound)을 적용하는 것이 공지되어 있다. 일부 예로서, 이들 플레이트는 플레이트와 튜브벽 사이에 스페이스가 있도록 설계된다. 이 스페이스는 비 부식성 가스의 공기를 함유하고, 램 코팅을 통과하여 확산할 수 있는 가스에 의해서 벽 튜브가 부식되는 것을 방지한다.또한, 내부식성강으로 제조된 벽 과열기를 구비한 석탄 연소 파워 플랜트 보일러가 공지되어 있으며, 이는 한편으로는 고온에서 과열기에 열을 받아들이고, 다른 한편으로는, 저-합금강으로 제조된 가스 밀봉 보일러 벽을 과도하게 높은 온도로부터 보호한다 (W. Stiefel, M. Caravetti: "Design and Engineering of the 300-MW Lignite Boiler Plants Sostanj 4 and Yuan Bao Shan", Sulzer Technical Review (1978), 파트 2, 페이지 48-57).이렇게 설계된 해결책의 결점은 고합금강, 즉 매우 비싼 강이 벽 과열기로 사용되어야 한다는 점이다.DR 496,575 는 연소실용 라이닝을 개시하는데, 소결후 연소실 벽의 내부는, 열 투과적이고 열적으로 안정하며 얇은 벽으로 이루어지고 서로 떨어져서 배치되는 금속 스크린으로 덮여진다. 이러한 방식에서, 가열 표면으로 덮여진 연소실 벽은 매우 높은 온도로부터 보호된다. 금속 스크린에 의해서 받아들여진 열은, 스크린의 후방을 빠르게 통과하는 냉간 가스에 의해서 발산되고 팬에 의해서 송풍된다.DE 458,032 에서는, 벽 과열기로 설계된 과열기가 연소실로부터의 복사열에 의해서 가열되며, 내화 브릭의 단단한 벽이 과열기와 연소실 사이에 배치된다. 추가의 공기가 과열기 둘레로 유동하며, 격벽은 추가의 공기가 배출되도록 큰 개구부를 갖는다. 그 목적은 과열기 튜브를 냉각시킴으로써 과열기 온도를 제어하는 것이다. 따라서 그 의도는 부식에 대하여 보호하는 것이 아니며, 이런 보호는 공기가 유동할 때만 간접적으로 기능한다.

폐기물 소각 플렌트에 증기 보일러, 자연순환 보일러뿐만 아니라, 강제 순환 보일러 또는 1 회 통과 보일러를 사용하는 것이 종래 기술에 공지되었고, 널리 사용중이다.

현재, 중앙 유럽 국가에서 폐기물 소각 플랜트에 사용되는 보일러는, 연소실로부터의 유동가스가 하방유동의 제 1 의 중공 연도 (empty flue) 를 통하여 상방 유동의 제 2 의 중공 연도로 유동하고 계속해서 수평으로 늘어선 연도 (대류부) 로 유동한다. 가스가 연소실을 통과하여 유동한 후 수평의 대류부로 바로 유동하는 폐기물 소각 보일러 또한 공지된다. 이들 수평의 밀폐-루프 (closed-loop) 보일러에 추가해서, 폐기물 소각 플랜트용 수직 증기 발생기 또한 공지되며, 여기서 대류부는 수직으로 배치되며 3-연도 또는 4-연도 타입 (K.J. Thermische Abfallbehandlung [열적 폐기물 처리]. EF Verlag fuer Energie-und Umwelttechnik GmbH, 1994, 페이지 390-402) 이 통상적이다.

이들 공지된 폐기물 소각 보일러에서, 증발기, 최종 과열기, 과열기 및 절약 장치 (economizer)가 이 순서대로 대류부에 포함된다. 이들 배치는 40 바아, 400 ℃ 의 통상적 증기 변수에 특히 적용한다. 부식의 이유 때문에, 과열기는 비교적 낮은 가스 온도 (< 650℃) 에 노출되며 그리하여 또한 커져야 한다.

이들 보일러의 결점은 최종 과열기가 350℃ 이상의 벽 온도에서 부식되며, 오프-가스 (off-gas) 에 의해 유입된 오염물이 고온에서 튜브상에서 풀같이 되고 외피 및 오염을 이끈다는 것이다. 400 ℃ 이상의 고온 증기 온도가 전기 발생의 관점에서 바람직할지라도, 부식의 문제가 이를 모두 불가능하게 한다.

부식성 가스로부터 폐기물 소각 플랜트의 연소실 내부를 보호하기 위해서 연소실 벽으로의 열전도성이 우수한 플레이트 또는 램밍 화합물 (ramming compound), 예컨대 탄화규소를 적용하는 것이 공지되었다. 일부의 예로서, 이들 플레이트는 플레이트와 튜브벽 사이에 스페이스가 있도록 설계된다. 이 스페이스는 비 부식성 가스의 공기를 함유하고, 충전된 코팅을 통과하여 확산할 수 있는 가스에 의해서 벽 튜브가 부식되는 것을 방지한다.

또한, 내부식성강으로 제조된 벽 과열기를 구비한 석탄 연소 파워 플랜트 보일러가 공지되며, 이는 한편으로는 고온에서 과열기에 열을 받아들이고, 다른 한편으로는, 저-합금강으로 제조된 가스 밀봉 보일러 벽을 과도하게 높은 온도로부터 보호한다 (W. Stiefel, M. Caravetti: "Design and Engineering of the 300-MW Lignite Boiler Plants Sostanj 4 and Yuan Bao Shan", Sulzer Technical Review (1978), 파트 2, 페이지 48-57).

이러한 설계로된 해결책의 결점은 고합금강 즉 매우 비싼 강이 벽 과열기로 사용되어야 한다는 점이다.

DR 496,575 는 연소실용 라이닝을 개시하는데, 소결후 연소실 벽의 내부는, 열 투과적이고 열적으로 안정하며 얇은 벽으로 이루어지고 서로 떨어져서 배치되는 금속 스크린으로 덮여진다. 이러한 방식에서, 가열 표면으로 덮여진 연소실 벽은 매우 높은 온도로부터 보호된다. 금속 스크린에 의해서 받아들여진 열은, 스크린의 후방을 빠르게 통과하는 냉간 가스에 의해서 발산되고 팬에 의해서 송풍된다.

DE 458,032 에서는, 벽 과열기로 설계된 과열기가 연소실로부터의 복사열에 의해서 가열되며, 내화 브릭의 단단한 벽이 과열기와 연소실 사이에 배치된다. 추가의 공기가 과열기 둘레로 유동하며, 격벽은 추가의 공기가 배출되도록 큰 개구부를 갖는다. 그 목적은 과열기 튜브를 냉각시킴으로써 과열기 온도를 제어하는 것이다. 따라서 그 의도는 부식에 대하여 보호하는 것이 아니고, 그러한 보호는 공기가 유동할 때만 간접적으로 기능한다.

따라서, 본 발명의 목적은 전기한 종래기술의 결점을 피하고 부식성 연도 가스가 있는 소각 플랜트의 신규의 과열 증기용 증기 발생기를 제공하는 것이며, 최종 과열기에 부식이 없이 높은 과열기 온도를 달성하는 것이 가능하고, 과열기는 저렴한 재료로 제조될 수 있다. 과열기는 과열 표면적 단위당 가능한 한 많은 양의 열을 흡수한다. 또한 본 발명의 목적은 현존하는 보일러를 비교적 용이하게 변환시킬 수 있게 하는데 있다.

본 발명에 따르면, 청구항 1 의 전제부에 따른 증기 발생기에서 벽 과열기가 배치되는, 복사부의 벽과 플레이트 사이의 스페이스는, 연소실에 있는 가스의 압력보다 높은 비부식성 기체 분위기를 함유한다.본 발명의 이점은 높은 과열기 온도가 본 발명에 따른 증기 발생기에 설정될 수 있으며, 부식의 영향은 크게 감소된다는 것이다. 필요한 전체 과열기 면적이 감소된다. 과열기의 적어도 일부가 복사에 노출되기 때문에, 증기 발생기의 부분적-로드 (partial-load) 성능이 개선된다. 벽 과열기가 배치된 스페이스 내의 높은 압력, 및 플레이트 내의 개구부의 부재, 또는 매우 작은 개구부의 존재 (벽 면적의 1% 미만) 는 연소실로부터의 임의의 가스가 비부식성 분위기의 스페이스 내부로 투과하지 못하게 보장한다.플레이트는 비금속성 무기 재료로 제조되고, 과열기의 튜브를 대향하는 측면상에 리브를 구비하며, 그 리브가 과열기의 튜브를 적어도 부분적으로 둘러싸는 것이 이롭다. 이러한 방식에서 과열기 튜브에 전달되는 열의 양이 증가된다.가스, 바람직하게는 예비 가열된 공기는 스페이스를 통하여 최소의 범위로 유동하는 것이 이로운데, 이러한 방식에서는 플레이트를 통하여 확산된 부식성 가스가 분출되기 때문이다. 다른 한편으로는, 바람직하지 않은 튜브의 냉각이 없다.복사부의 벽이 증발기로서 설계된 튜브-웨브-튜브 연결부일 경우 특히 유리한데, 이러한 방식에서는 팽창의 문제점 없이 가스 밀봉이 보장되기 때문이다.또한, 복사부에서 최종 가열기만이 또는 최종 가열기의 최고온부만이 비부식성 분위기의 스페이스내에 벽 과열기로서 배치되는 경우가 이로운데, 이들 과열기 부분에서의 높은 온도는, 전기한 부식성 문제가 대응책 없이 만연된다는 것을 뜻하기 때문이다. 최종 과열기가 복사부 예컨대, 연소실에 위치된 결과로서, 대류부 연도에 있는 가열 표면적이 감소되고, 그리하여 추가의 증발기 가열 표면적이 대류부 연도에 설치된다. 설치될 이러한 추가의 증발기 가열 표면적은, 연도 가스로부터 회수되는 열의 양을 일정하게 유지하기 위하여, 벽과 플레이트 사이의 비부식성 분위기의 스페이스 내에 전체 과열기가 벽 과열기로서 배치되는 역시 가능한 상황에서 보다 더 작다.또한, 벽 과열기가 복사부, 예컨대 연소실의 4 개의 모든 벽에 배치된다면 이로운데, 이는 벽 과열기의 높이가 최소화될 수 있기 때문이다.그러나, 또한 벽 과열기가 복사부의 벽의 일부에만 배치되는 것도 이로운데 이는 설계가 단순하며, 코너에서 차등 팽창 문제를 극복할 수 있기 때문이다.또한, 배면 통풍 스페이스의 높이가 벽 과열기의 높이보다 매우 큰 것이 이롭다. 그리고 이러한 방식에서는, 증발기 벽의 큰 표면적이 보호된다.벽 과열기가, 단일면에서 상하로 배치되며 서로를 향하여 자유롭게 팽창할 수 있는 개별적인 튜브로 이루어지고, 주입 및 배출 헤더가 복사부의 수직 외부에 배치되며, 플레이트의 부착 및 과열기 튜브의 부착이 공통 요소에 의해서 제공되며, 벽 과열기의 튜브가 저-합금 보일러 강으로 제조되는 것이 이롭다. 이는 비교적 단순하며 저렴한 설계이다.복사부의 벽과 벽 과열기의 튜브 사이에 단열층을 배치하고, 벽 과열기와 대향하는 측면상에서 단열층에 열-반사면이 제공됨으로써 추가의 이점이 얻어진다. 이는 가능한한 소량의 열이 과열기 튜브로부터 증발기벽으로 유동할 수 있게 한다. 본 발명의 다른 유익한 구성이 종속항에 주어진다.본 발명의 더욱 완전한 평가와 수반되는 많은 이점들은, 2 개의 수직 중공 연도 및 1의 수평 대류부 연도를 구비하며 폐기물 소각에 사용되는 증기 발생기와 관련된 두 실시예를 도시하는 첨부된 도면을 참조로한 다음의 상세한 설명으로부터 용이하게 얻어지고 잘 이해될 것이다.이제 도면을 참조하여 설명하며, 동일한 참조 부호는 도면들을 통하여 동일하거나 대응하는 부위를 나타내고, 도 1 은 폐기물의 열처리에 사용되는 본 발명에 따른 증기 발생기 (1) 를 통한 부분적인 길이방향 단면부를 도시한다. 도 2 는 도 1 의 확대 상세도이다. 본 발명을 보다 잘 이해하기 위해서는 두 도면을 동시에 참조해야 한다.증기 발생기 (1) 는 밀폐된 루프 보일러이며 본질적으로는 연소실 (3) 및 2 개의 수직 중공 연도 (4) 를 구비하는 복사부 (2), 및 수평의 대류부 (5) 를 포함하며, 상기 대류부에는 절약장치 (6), 증발기 (7) 및 과열기 (8) 가 배치된다. 부식성 가스로부터 연소실 벽 (9) 을 보호하기 위하여, 플레이트-지지 요소 (11) 를 통하여 벽 (9) 에 부착되는 플레이트 (10) 가 연소실 (3) 내부의 벽 (9) 에 배치된다. 플레이트 (10) 는 세라믹 재료로 제조된다. 연소실 벽 (9) 은 튜브-웨브-튜브 연결부로 설계되어서 가스밀봉 재킷 (jacket) 을 형성한다. 이는 증발기로 작용한다.플레이트 (10) 가 벽 (9) 위에 직접 배치되지 않아서, 스페이스 (12) 가 벽 (9) 과 플레이트 (10) 사이에서 연장한다. 이러한 스페이스 (12) 는 실질적으로 유동하지 않는 비부식성 기체 분위기 (13) 를 함유한다. 가열 장치 (14) 에 의해서 스페이스 (12) 외부에서 예비 가열된 상기 가스 (13) 는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 스페이스 (12) 를 통하여 상부로부터 하방으로 유동할 수도 있다. 그러나, 이러한 경우에, 가능한한 소량의 공기 (13) 가 스페이스 (12) 를 통하여 유동할 것이다. 스페이스 (12) 를 통하여 유동된 후, 공기 (13) 는 연소실 (3) 내부로 배출된다. 스페이스 (12) 의 상부에서, 증기 발생기 (1) 의 최종 과열기가 플레이트 (10) 와 튜브 벽 (3) 사이에 벽 과열기 (15) 로서 배치된다. 과열기 튜브로의 열 전달의 대부분은 고온 플레이트 (10) 로부터의 복사에 의해서 실행된다.부식이 없는 스페이스를 유동하는 공기의 양은 가능하면 적은 것이 이로운데, 이는 최소의 가능한 열을 과열기 튜브로부터 다시 회수되게 하기 때문이다. 이러한 이유 때문에, 가스 (13) 의 배출 개구부가 가능하면 작거나, 그러한 개구부가 없어야 한다. 가스의 배출 개구부가 없을 지라도, 플레이트가 완전히 밀봉되지 않았으므로 (틈, 균열, 기공 등이 존재함) 초과의 압력이 존재한다면 가스는 여전히 계속해서 유동할 것이다. 배출 개구부가 있다면, 연소실 (3) 내부로 개방되어야 한다. 바람직하게는 연소실 (3) 에서보다 0.2 mbar 이상 높은 스페이스 (12) 내의 높은 가스 압력은 부식성 연도 가스가 연소실 (3) 로부터 스페이스 (12) 안으로 흐르지 않게 한다.벽 과열기 (15) 는 단일면에서 상호 상하로 배치된 각각의 튜브 (16) 로 이루어진다. 튜브 (16) 는 서로를 향해 자유롭게 팽창할 수 있다. 본 실시예에서, 벽 과열기 (15) 는 모든 4 개의 연소실 벽 (9) 에 배치된다. 물론 다른 실시예에서는, 벽 (9) 의 일부에만 끼워맞춤될 수 있다. 최종 과열기 (벽 과열기 (15)) 는 증기에 대한 최종 인젝션의 하류에 위치된다. 연소실 (3) 에 최종 과열기 (15) 를 위치시키면 증기 발생기 (1) 의 대류부 (5) 에서의 가열 표면적을 감소시킨다. 가스를 위한 소망된 최종 온도로 냉각될지라도, 추가의 증발기 표면이 대류부 연도 (5) 에 설치된다. 그러나, 과열기, 즉 벽 과열기 (15) 부분이 복사에 노출되므로 증기 발생기 (1) 의 전체 과열 표면적은 작아진다. 이러한 이유 때문에, 보일러의 부분적-로드 성능이 역시 개선된다. 그러나, 과열기 (8) 의 적어도 일부는 증기 발생기 (1) 의 대류부 (5) 에 배치된다.도 1 및 도 2 에 도시되지 않은 주입 및 배출 헤더 (header) 는 연소실 (3) 의 수직 외부에 배치되며, 주입 헤더는 배출 헤더 상부에 위치되어 배출을 용이하게 한다. 튜브 (16) 는, 미리끼워맞춤된 플레이트 (10) 가 부착됨과 동시에 공통 구성 요소 (11) 에 의해서 부착된다.스페이스 (12) 내부에는 부식성 기체 분위기가 없고, 단지 예열된 가스가 스페이스 (12) 및 튜브 (16) 를 순환하므로, 플레이트 (10) 는 연소실 (3) 을 통하여 유동하는 연도 가스에 의한 부식으로부터 튜브 (16) 를 보호한다. 따라서, 가장 고온인 과열기 튜브 (16) 가 연도 가스에 의해서 막히는 일이 없다. 따라서, 높은 증기 변수하에서 사용될지라도, 플랜트의 전체 비용에 이로운 효과가 있는 통상의 저렴한 보일러 강으로 벽 과열기 (15) 의 튜브를 제조하는데 문제가 없다.가능한 한 소량의 열이 과열기 튜브 (16) 로부터 증발기 벽 (9) 으로 유동하는 것을 보장하도록, 단열층 (17) 이 벽 과열기 (15) 와 보일러 벽 (9) 사이에 배치된다. 벽 과열기 (15) 와 대향하는 측면상에 있는 단열층 (17) 에는 열-반사면 (18) 이 제공된다.본 발명은 최종 과열기에 대한 부식이 없이 높은 과열기 온도에 도달할 수 있게 한다.본 발명에 따른 해결책은 신규한 구성의 폐기물 소각 보일러뿐만 아니라, 현존 보일러의 개조품에도 실행될 수 있다. 또한, 정제 슬러지 또는 특수 폐기물의 소각에 사용될 수 있다.도 3 은 본 발명의 제 2 실시예인 벽 과열기 영역에서의 도 1 의 확대 상세도이다. 이 실시예는, 플레이트 (10) 가 과열기 (8) 의 튜브와 대향하는 측면상에 리브 (19) 를 구비하며, 이 리브는 과열기 (8) 의 튜브를 적어도 부분적으로 둘러싼다는 점에서 전술한 것과 상이하다. 이는, 더 커진 표면적에 의해서 과열기 튜브에 전달되는 열의 양이 증가된다는 이점이 있다.당연하게, 본 발명은 기재된 예시적 실시예에 한정되지 않으며, 예컨대 최종 과열기 뿐만 아니라, 전체 과열기를 벽 과열기 (15) 로서 플레이트 (10) 와 튜브벽 (9) 사이의 스페이스 안에 위치시키는 것이 가능하다. 소량의 공기나 다른 가스가 스페이스 (12) 를 통하여 유동할 수 있고, 또는 바람직하게는 어떠한 가스도 스페이스 (12) 를 통하여 유동하지 않는다.또한, 전체 최종 가열기 대신에, 최종 가열기의 일부, 바람직하게는 마지막 최고온부만이 스페이스 (12) 안에 배치될 수 있다.플레이트 (10) 의 대안으로서, 연소실 라이닝은 그러한 환경에서 내부식성인 램밍 화합물 (ramming compound) 또는 다른 재료로 이루어질 수 있다.당연하게, 벽 과열기 (15) 로 설계된 과열기 (8) 는, 연소실 (3) 대신에 복사부 (2) 의 중공 연도 (4) 에 배치될 수 있다.증기 발생기는, 부식성 분위기 때문에 과열기를 보호할 필요가 있을 때에는 다른 형태의 보일러에 사용될 수 있다.명백하게는 본 발명의 수많은 수정 및 변형이 전기한 교시로서 가능하다. 따라서 본 발명은 첨부한 청구범위의 범위 내에서 이해되어야 하며, 본 발명은 본 명세서에서 기재하지 않은 특별한 다른 방식으로 실시될 수도 있다.

본 발명의 이점은 높은 과열기 온도가 본 발명에 따른 증기 발생기에 설정될 수 있으며, 부식의 영향은 크게 감소된다는 것이다. 필요한 전체 과열기 면적이 감소된다. 과열기의 적어도 일부가 복사에 노출된다면, 증기 발생기의 부분적-로드 (partial-load) 성능이 개선된다. 벽 과열기가 배치된 스페이스 내의 높은 압력, 및 플레이트 내의 개구부의 부재, 또는 매우 작은 개구부의 존재 (벽 면적의 1% 미만) 는 연소실로부터의 임의의 가스가 비부식성 공기가 있는 스페이스 내부로 투과하지 못하게 보장한다.

플레이트가 비금속성 무기 재료로 제조되고, 과열기의 튜브를 대향하는 측면상에 리브를 구비하며, 그 리브가 과열기의 튜브를 적어도 부분적으로 둘러싸는 것이 이롭다. 이러한 방식에서 과열기 튜브에 전달되는 열의 양이 증가된다.

가스, 바람직하게는 예비 가열된 공기는 스페이스를 통하여 최소의 범위로 유동하는 것이 이로운데, 이러한 방식에서는 플레이트를 통하여 확산된 부식성 가스가 분출되기 때문이다. 다른 한편으로, 바람직하지 않는 튜브의 냉각은 없다.

복사부의 벽이 증발기로서 설계된 튜브-웨브-튜브 연결부이면 특히 유리한데, 이러한 방식에서는 가스 밀봉이 팽창의 문제점 없이 보장되기 때문이다.

또한, 복사부에서 최종 가열기만이 또는 최종 가열기의 최고온부만이 비부식성 공기가 있는 스페이스내에 벽 과열기로서 배치되는 경우가 이로운데, 이들 과열기 부분에서의 높은 온도는, 전기한 부식성의 문제가 대응책 없이 만연된다는 것을 뜻하기 때문이다. 최종 과열기가 복사부 예컨대, 연소실에 위치된 결과로서, 대류부 연도에 있는 가열 표면적이 감소되고, 그리하여 추가의 증발기 가열 표면적이 대류부 연도에 설치된다. 설치될 이러한 추가의 증발기 가열 표면적은, 연도가스로부터 회수되는 열의 양을 일정하게 유지하기 위하여 벽과 플레이트 사이의 비부식성 공기가 있는 스페이스 내에 전체 과열기가 벽 과열기로서 배치되는, 역시 가능한 상황에서 보다 더 작다.

또한, 벽 과열기가 복사부, 예컨대 연소실의 4 개의 모든 벽에 배치된다면 이로운데, 이는 벽 과열기의 높이가 최소화될 수 있기 때문이다.

그러나, 벽 과열기가 복사부의 벽의 일부에만 배치되는 것도 이로운데 이는 설계가 단순하며, 코너에서 원형의 차등 팽창을 얻을 수 있기 때문이다.

또한, 배면 통풍 스페이스의 높이가 벽 과열기의 높이보다 매우 큰 것이 이롭다. 또한 이러한 방식에서, 증발기 벽의 큰 표면적이 보호된다.

벽 과열기가, 단일면에서 상하로 배치되며 서로를 향하여 자유롭게 팽창할 수 있는 각각의 튜브로 이루어지고, 주입 및 배출 헤더가 복사부의 수직 외부에 배치되며, 플레이트의 부착 및 과열기 튜브의 부착이 공통 요소에 의해서 제공되며, 벽 과열기의 튜브가 저-합금 보일러 강으로 제조되는 것이 이롭다. 이는 비교적 단순하며 저렴한 설계이다.

복사부의 벽과 벽 과열기의 튜브 사이에 단열층을 배치하고, 단열층에는 열-반사면을 벽 과열기와 대향하는 측면상에 제공함으로써 추가의 이점이 얻어진다. 이는 가능한 한 소량의 열이 과열기 튜브로부터 증발기벽으로 유동할 수 있게 한다. 본 발명의 구성의 추가의 이점은 종속항에 주어진다.

본 발명의 더욱 완전한 이해 및 수반되는 많은 이점들은, 2 개의 수직 중공 연도 및 하나의 수평 대류부 연도를 구비하며 폐기물 소각에 사용되는 증기 발생기와 관련된 두 실시예를 도시하는 수반된 도면을 참조로한 다음의 상세한 설명으로부터 용이하게 얻어지고 잘 이해될 것이다.

지금부터 도면을 참조하여 설명한다. 동일한 참조 부호는 도면들을 통하여 동일하거나 대응하는 부위를 나타낸다. 도 1 은 폐기물의 열처리에 사용되는 본 발명에 따른 증기 발생기 (1) 를 통한 부분적인 길이방향 단면부를 도시한다. 도 2 는 도 1 의 확대 상세도이다. 본 발명을 보다 잘 이해하기 위해서는 두 도면을 동시에 참조해야 한다.

증기 발생기 (1) 는 밀폐된 루프 보일러이며 본질적으로는 연소실 (3) 및 2 개의 수직 중공 연도 (4) 를 구비하는 복사부 (2), 및 수평의 대류부 (5) 로 이루어지며, 상기 대류부에는 절약장치 (6), 증발기 (7) 및 과열기 (8) 가 배치된다. 부식성 가스로부터 연소실 벽 (9) 을 보호하기 위하여, 플레이트-지지 요소 (11) 를 통하여 벽 (9) 에 부착되는 플레이트 (10) 가 연소실 (3) 내부의 벽 (9) 에 배치된다. 플레이트 (10) 는 세라믹 재료로 제조된다. 연소실 벽 (9) 은 튜브-웨브-튜브 연결부로 설계되어서 가스밀봉 재킷 (jacket) 을 형성한다. 이는 증발기로 작용한다.

플레이트 (10) 가 벽 (9) 위에 직접 배치되지 않아서, 스페이스 (12) 가 벽 (9) 과 플레이트 (10) 사이에서 연장한다. 이러한 스페이스 (12) 는 실질적으로 유동하지 않는 비부식성 기상 가스 (13) 를 함유한다. 가열 장치 (14) 에 의해서 스페이스 (12) 외부에서 예비 가열된 상기 가스 (13) 는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 스페이스 (12) 를 통하여 상부로부터 하방으로 유동할 수도 있다. 그러나, 이러한 경우에, 단지 소량의 가스 (13) 가 스페이스 (12) 를 통하여 유동할 수 있다. 스페이스 (12) 를 통하여 유동된 후, 공기 (13) 는 연소실 (3) 내부로 배출된다. 스페이스 (12) 의 상부에서, 증기 발생기 (1) 의 최종 과열기가 플레이트 (10) 와 튜브 벽 (3) 사이에 벽 과열기 (15) 로서 배치된다. 과열기 튜브로의 열 전달의 대부분은 고온 플레이트 (10) 로부터의 복사에 의해서 실행된다.

부식이 없는 스페이스를 유동하는 공기의 양은 가능하면 적은 것이 이로운데, 이는 최소의 가능한 열이 과열기 튜브로부터 다시 회수되게 하기 때문이다. 이러한 이유 때문에, 가스 (13) 의 배출 개구부가 가능하면 작거나, 그러한 개구부가 없어야 한다. 가스의 배출개구부가 없을 지라도, 플레이트가 완전히 밀봉되지 않았으므로 (틈, 균열, 기공 등이 존재함) 초과의 압력이 존재한다면 가스는 여전히 계속해서 유동할 것이다. 배출 개구부가 있다면, 연소실 (3) 내부로 개방되어야 한다. 바람직하게는 연소실 (3) 에서보다 0.2 mbar 이상 높은 스페이스 (12) 내의 높은 가스 압력은 부식성 연도가스가 연소실 (3) 로부터 스페이스 (12) 안으로 흐르지 않게 한다.

벽 과열기 (15) 는 단일면에서 상하로 배치된 각각의 튜브 (16) 로 이루어진다. 튜브 (16) 는 서로를 향해 자유롭게 팽창할 수 있다. 본 실시예에서, 벽 과열기 (15) 는 모든 4 개의 연소실 벽 (9) 에 배치된다. 물론 다른 실시예에서는, 벽 (9) 의 일부에만 끼워맞춤될 수 있다. 최종 과열기 (벽 과열기 (15)) 는 증기에 대한 최종 인젝션의 하류에 위치된다.

연소실 (3) 에 최종 과열기 (15) 를 위치시키면 증기 발생기 (1) 의 대류부 (5) 에서의 가열 표면적을 감소시킨다. 가스가 바라는 최종 온도로 냉각될지라도, 추가의 증발기 표면이 대류부 연도 (5) 에 설치된다. 그러나, 과열기, 즉 벽 과열기 (15) 부분이 복사에 노출되므로 증기 발생기 (1) 의 전체 과열 표면적은 작아진다. 이러한 이유 때문에, 보일러의 부분적-로드 성능이 역시 개선된다. 그러나, 과열기 (8) 의 적어도 일부는 증기 발생기 (1) 의 대류부 (5) 에 배치된다.

도 1 및 도 2 에 도시되지 않은 주입 및 배출 헤더 (header) 는 연소실 (3) 의 수직 외부에 배치되며, 주입 헤더는 배출 헤더 상부에 위치되어 배출을 용이하게 한다. 튜브 (16) 는 미리끼워맞춤된 플레이트 (10) 가 부착됨과 동시에 공통 구성 요소 (11) 에 의해서 부착된다.

스페이스 (12) 내부에는 부식성 가스가 없으며, 단지 예비가열된 가스가 스페이스 (12) 및 튜브 (16) 를 순환하므로, 플레이트 (10) 는 연소실 (3) 을 통하여 유동하는 연도가스에 의한 부식으로부터 튜브 (16) 를 보호한다. 따라서 연도가스에 의해서 가장 고온인 과열기 튜브 (16) 가 막히는 일이 없다. 따라서, 높은 증기 변수하에서 사용될지라도, 플랜트의 전체 비용에 이로운 효과가 있는 통상의 저렴한 보일러 스틸로 벽 과열기 (15) 의 튜브를 제조하는데 문제가 없다.

가능한 한 소량의 열이 과열기 튜브 (16) 로부터 증발기 벽 (9) 으로 유동하는 것을 보장하도록, 단열층 (17) 이 벽 과열기 (15) 와 보일러 벽 (9) 사이에 배치된다. 벽 과열기 (15) 와 대향하는 측면상에 있는 단열층 (17) 에는 열-반사면 (18) 이 제공된다.

본 발명은 최종 과열기에 대한 부식이 없이 높은 과열기 온도에 도달할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 해결책은 신규한 구성의 폐기물 소각 보일러뿐만 아니라, 현존 보일러의 개조품에도 실행될 수 있다. 또한, 정제 슬러지 또는 특수 폐기물의 소각에 사용될 수 있다.

도 3 은 본 발명의 제 2 실시예인 벽 과열기 영역에서의 도 1 의 확대 상세도이다. 이 실시예는, 플레이트 (10) 가 과열기 (8) 의 튜브와 대향하는 측면상에 리브 (19) 를 구비하며, 이 리브는 과열기 (8) 의 튜브를 적어도 부분적으로 둘러싼다는 점에서 전술한 것과 상이하다. 이는, 더 커진 표면적에 의해서 과열기 튜브에 전달되는 열의 양이 증가된다는 이점이 있다.

당연하게, 본 발명은 기재된 예시적 실시예에 한정되지 않으며, 예컨대 최종과열기 뿐만 아니라, 전체 과열기를 벽 과열기 (15) 로서 플레이트 (10) 와 튜브벽 (9) 사이의 스페이스 안에 위치시키는 것이 가능하다. 소량의 공기나 다른 가스가 스페이스 (12) 를 통하여 유동할 수 있고, 또는 바람직하게는 어떠한 가스도 스페이스 (12) 를 통하여 유동하지 않는다.

또한, 전체 최종 가열기 대신에, 최종 가열기의 일부, 바람직하게는 최고온부만이 스페이스 (12) 안에 배치될 수 있다.

플레이트 (10) 의 대안으로서, 연소실 라이닝은 그러한 환경에서 내부식성인 램밍 화합물 (ramming compound) 또는 다른 재료로 이루어질 수 있다.

당연하게, 벽 과열기 (15) 로 설계된 과열기 (8) 는, 연소실 (3) 대신에 복사부 (2) 의 중공 연도 (4) 에 배치될 수 있다.

증기 발생기는, 부식성 분위기 때문에 과열기를 보호할 필요가 있을 때에는 다른 형태의 보일러에 사용될 수 있다.

명백하게는 본 발명의 수많은 수정 및 변형이 전기한 교시들에 견주어 가능하다. 따라서 본 발명은 첨부한 청구범위의 범위 내에서 이해되어야 하며, 본 발명은 본 명세서에서 기재하지 않은 특별한 다른 방식으로 실시될 수도 있다.

전기한 바와 같이, 본 발명에 의해서 최종 가열기의 부식이 없이 높은 과열기 온도를 달성하는 것이 가능하고, 과열기는 저렴한 재료로 제조될 수 있다. 더욱이 과열기는 과열 표면적 단위당 가능한 한 많은 양의 열을 흡수하며, 현존하는 보일러를 비교적 용이하게 변형시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 증기 발생기의 길이 방향의 부분적 개략 단면도이다.

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예의 벽 과열기 영역에서의 도 1 의 확대 상세도이다.

도 3 은 본 발명의 제 2 실시예의 벽 과열기 영역에서의 도 1 의 확대 상세도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

1 : 스팀 발생기 2 : 복사부

3 : 연소실 4 : 중공 연도 (empty flue)

5 : 대류부 6 : 절약장치

7 : 증발기 8 : 과열기

9 : 복사부의 벽 10 : 플레이트

11 :플레이트 지지요소 12 : 복사부 벽과 플레이트 사이의 스페이스

13 : 가스 14 : 가열장치

15 : 벽 과열기 16 : 벽 과열기의 튜브

17 : 단열층 18 : 반사면

Claims (16)

1. 부식성 연도 가스가 있는 소각 플랜트의 과열 증기용 증기 발생기 (1) 로서, 1 이상의 연소실 (3) 을 구비한 복사부 (2) 및 1 이상의 과열기 (8) 를 구비한 대류부 (5) 를 포함하고, 상기 복사부 (2) 의 1 이상의 벽 (9) 의 내부에 배치된 플레이트 (10) 를 구비하며, 상기 복사부 (2) 의 상기 벽 (9) 과 상기 플레이트 (10) 사이에 스페이스 (12) 가 제공되며, 상기 과열기 (8) 의 적어도 일부가 벽 과열기 (15) 로서 상기 스페이스 (12) 안에 배치되며, 상기 스페이스 (12) 는 상기 연소실 (3) 에 있는 가스의 압력보다 더 높은 압력에 있는 비부식성 기체 분위기 (13) 를 함유하는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플레이트 (10) 는 비금속성 무기 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 플레이트 (10) 는 상기 과열기 (8) 의 튜브와 대향하는 측면상에 리브 (19) 를 구비하며, 그 리브는 상기 과열기 (8) 의 상기 튜브를 적어도 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 기체 분위기 (13) 는 상기 스페이스 (12) 를 통하여 가능한한 최소한으로 유동하는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 기체 분위기 (13) 는 예열되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 스페이스 (12) 내부의 압력은 상기 연소실 (3) 에서 보다 0.2 mbar 이상 높은 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 대류부 (5) 는 과열기 (8) 의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 벽 (9) 은 가스밀봉 튜브-웨브-튜브 연결부이며 증발기 (3) 로서 설계되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 최종 과열기 또는 상기 최종 과열기의 최고온부만이 상기 복사부 (2) 내부의 상기 스페이스 (12) 에 벽 과열기 (15) 로서 배치되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 벽 과열기 (15) 는 상기 복사부 (2) 의 4 개의 벽 (9) 전부에 배치되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스페이스 (12) 의 높이는 상기 벽 과열기 (15) 의 높이보다 상당히 큰 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 벽 과열기 (15) 는, 단일면에 상하로 배치되고 서로를 향하여 자유롭게 팽창할 수 있는 개별적인 튜브 (16) 로 이루어지고 주입 및 배출 헤더가 복사부 (2) 외부에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 벽 과열기 (15) 의 상기 튜브 (16) 는 저-합금 보일러 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 벽 과열기 (15) 의 상기 튜브 (16) 및 상기 벽 (9) 의 내부에 배치된 상기 플레이트 (10) 는 공통 플레이트-지지 요소 (11) 에 부착되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
15. 제 12 항에 있어서, 단열층 (17) 이 상기 벽 과열기 (15) 의 상기 튜브 (16) 와 상기 벽 (9) 사이에 배치되며, 상기 단열층 (17) 에는 바람직하게는 상기 벽 과열기 (15) 와 대향하는 측면상에 열 반사면 (18) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 증기 발생기 (1) 는 폐기물, 특수 폐기물, 또는 정제 슬러지의 소각용 플랜트에 사용되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.