KR100523466B1 - 발전소용 교반기 날개 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TOP ENTRY 설치 방식으로 교반조내에서 Solids의 침전이 발생하지 않도록 Solids의 원활한 부양(Suspension) 및 재부양(re-suspension)이 이루어지기 위한 목적으로 사용되는 발전소내 흡수탑용 교반기 등 배연탈황공정설비의 각종 교반기 날개에 관한 것이다.

교반기 날개의 구조와 갯수를 새롭게 디자인하여 임펠러의 기계적인 회전에너지가 교반조내의 전 구역에 걸쳐 균등한 크기의 에너지로 유체에 전달하도록 하기 위하여 교반기 축⑴에 4개의 교반기 날개⑵가 방사상으로 부착된 것에 대하여, 교반기 날개⑵는 Root(뿌리, 24) 부분에서 Tip(끝, 23) 부분으로 갈수록 수평면을 기준으로 하여 피치각이 감소되도록 리딩에이지(Leading Edge, 21) 내측에서 트레일링 에이지(Trailing Edge, 22) 외측으로 대각선 방향으로 소정의 각도씩 다단으로 소정의 각도씩 절곡형성시킨 것이며, 본 발명의 교반기 날개는 곡면(Air foil)을 지니고 있는 기존의 날개에 비하여 제작이 용이하며 직사각형 형상을 지닌 부재를 이용하여 3번 절곡하여 제작함으로 주물을 이용한 곡면부 등의 작업이 없는 점과 프로펠러형 날개와 같이 부재가 많이 소요되지도 않으면서 효과는 동일한 축류형 흐름을 지니게 된다. 또한, 교반기 날개의 임펠러 축 길이가 매우 길거나, 교반조의 규모에 비해 수심이 너무 낮을 때, 임펠러 축 및 임펠러의 좌우 흔들림을 방지하기 위해서 Verticle Stabilizer(수직 안정판, 29)를 장착함으로써 교반기의 안전성을 지니게 된다.

Description

발전소용 교반기 날개 {Agitator Hydrofoil for FGD}

본 발명은 발전소내 배연탈황공정내에서 흡수탑, Gypsum, Limestone, Filtrate 등 각종 교반조에적용되는 교반기 날개에 관한 것으로 구체적으로는 각 교반용 탱크에서 수위 변화가 심하고 Solids Concentration의 농도 변화가 크게 발생하여도 내용물인 Gypsum, Limestone 등의 Solids Slurry가 교반조내 상ㆍ하부, 구석 및 축 하단부 등 전 구역에 걸쳐 균등한 부양(Suspension)이 이루어지도록 하는 것이다.

배연탈황공정에서의 교반기의 역할은 매우 중요하다. 임펠러의 형상을 어떤 형식으로 적용하는냐에 따라서 배연탈황공정에서 배연탈황의 제거 효율에 지대한 영향을 초래하는 것은 물론이고, 운영시에 발생될 수 있는 문제점이나 운영관리 측면에서도 중요한 부분을 차지하고 있다.

도1에 도시된 것은 일반적으로 소석회용(Limestone) 교반기로 예전부터 사용되어 온 임펠러로써 보통 1단 혹은 2단으로 배치하여 적용하며, 도2에 도시된 것은 해외 에서 90년도경에 개발되어온 임펠러로써 최근에 주로 사용되어지고 있다.

그러나, 도1에 도시한 임펠러의 경우는 축의 중심부에서 Solids Slurry의 침적이 주로 발생하고 있어 효율의 저하를 발생시키고 있고, 도2의 임펠러는 블레이드 3개의 문제점인 빠른 회전수를 발생시켜야 하므로 구조적인 안정성, 즉 운전 임계속도에 근접하는 문제점을 나타내어 조내에 Solids를 균등하게 부양 또는 재부양시키기에 한계를 드러내며 또한, 저수위일 경우에는 임펠러 축 주위에 Swirl 현상을 야기시킴으로써 탈황 효율의 저하를 유발하고 있다.

본 발명은 배연탈황공정내의 흡수탑용 교반기, Gypsum용 교반기 등에서 탈황효율을 충분히 수행시키기 위해 Solids의 부양 및 재부양을 원활히 할 수 있게 적합한 교반기 날개를 개발하는데 있다. 발전소용 교반기 즉, 구체적으로 배연탈황용 교반기가 교반조내에서 균등한 속도 에너지를 부여할 수 있는 유체의 속도 편차가 적은 날개 구조를 갖도록 함으로써 교반조내의 Solids Slurry가 빠른 시간내에 균등 부양이 되며, 침전이 발생하지 않도록 함으로써 탈황 효과의 향상을 도모할 수 있도록 하는데 있다. 보다 구체적으로는 임펠러의 기계적인 회전에너지가 균등한 크기의 에너지로 유체에 전달되어 Soilds Slurry가 원활하게 균등 부양을 할 수 있도록 하는 데 있다. 조내에서 Solids Slurry의 침전이 되지 않고 균등 부양을 이루게 하기 위해서는 반드시 축류 형태로의 흐름이 우선 유도가 되면서 방사형으로 전파되어지는 것이 필요하다. 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 교반기 축에 방사상으로 부착되는 4개의 교반날개를 Leading Edge 내측(1, 24)에서 Trailing Edge 외측(22, 23)을 따라 대각선 방향으로 소정의 각도씩 다단으로 소정의 각도씩 절곡형성시킴으로써 회전시 지내에 전달되는 속도 및 압력에너지의 편차가 적도록 한 교반기 날개를 제공한다. 본 발명에서는 유체의 에너지를 PIV (Particle Image Velocimetry : 입자 영상 추적 장치)를 이용하여 임펠러가 지내에 전파되는 에너지의 크기를 해석하였으며, 유체의 유동 형태를 비교하며, Solids Slurry의 균등 부양 정도를 해석한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 설명하기로 한다.

도5는 본 발명에 의한 발전소용 교반기 날개의 사시도이고, 도6은 본 발명에 의한 교반기 날개의 평면도, 도7은 Verticle Stabilizer를 부착한 사시도이고, 도8은 본 발명에 의한 발전소용 교반기 날개의 전개도이다.

상기 도5내지 도8에 도시한 바와 같이 본 발명은 교반기 축(hub 포함 : 1)에 방사상으로 부착되는 4개의 교반날개(2)를 Leading Edge의 내측(21, 24)에서 Trailing Edge의 외측(22, 23)을 따라 대각선 방향으로 소정의 각도씩 절곡형성시킴으로써 회전시 교반조내에 전달되는 속도 및 압력에너지의 편차가 적도록 한 것이다.

상기 각 교반날개는 교반기 축(1)과 90°로 직교하는 기본선에 대하여 후퇴된 경사각(도면에서는 10°의 후퇴각을 주었음)을 이루면서 방사상으로 동일한 피치(pitch)를 갖도록 부착되며, 날개의 끝부분(Tip, 23)에서부터 날개의 뿌리부분(root, 24)까지 동일한 날개 두께를 갖고 있다.

본 발명의 교반날개는 도6, 7에 도시한 바와 같이 축쪽에 부착되는 제1면(25)과, 제1면(25)에 대하여 Leading Edge(21)의 내측에서 Trailing Edge(22)의 외측을 따라 대각선 방향으로 전방으로 소정 각도로 절곡형성되는 제2면(26)과 이 제2면(26)에 대하여 Leading Edge의 내측(21, 24)에서 Trailing Edge의 외측(22, 23)을 따라 대각선 방향으로 전방으로 소정 각도로 절곡형성되는 제3면(27)과, 이 제3면(27)에 대하여 Leading Edge의 내측에서 Trailing Edge의 외측을 따라 대각선 방향으로 전방으로 소정 각도로 절곡형성되는 제4면(28)으로 이루어져 있으므로, 직사각형 부재를 설계된 각도로 3번 절곡시킴으로써 제작할 수 있고, 이를 교반기 축에 용접이나 기타 볼트 조립 등의 방법으로 부착하는 것에 의해 교반기 날개를 완성할 수 있다.

이 때, 또 다른 형태의 임펠러는 도7과 같이 축에 대해선 평행하게 임펠러 면에 대해선 수직으로 용접 또는 볼트 결합방식으로 형성된 제5면(29)으로 이루어져 있다.

본 발명에 의한 교반날개는 상기 제2면(26), 제3면(27) 및 제4면(28)이 각각 전방 내측으로 소정 각도씩 대각선방향으로 절곡됨으로써 각 면이 이루는 피치가 점차로 감소되는 구조를 갖게 된다.

이하에서는 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명은 Solids Slurry를 부양(Suspension) 또는 재부양(Re-suspension)하는 교반기 날개가 지녀야 할 에너지 분포가 일정한 크기를 지니도록 고안된 날개이다. 즉, Gypsum, Limestone 등 비중이 높은 Solids Slurry의 부양을 균일하게 이루기 위하여 교반조내에서 강력한 유동속도를 일으키며 균등한 크기로 에너지를 전파할 수 있도록 하여 배연탈황 효율을 높일 수 있는 용도로 개발되었다.

또한, 수위 변화가 매우 심하여 교반기의 축 길이가 매우 길 때 발생하는 축의 디플렉션을 줄이기 위해 임펠러의 하부에 Verticle Stabilizer(수직 안정판)을 설치하였다.

이것은 저수위에서, 수위변화가 심한 교반조내에서, 그리고 교반기 축의 길이가 길므로써 발생할 수 있는 축의 직각방향으로 작용하는 불평형 하중을 감쇠시킬 수 있다.

도9는 PIV 실험을 이용한 교반기 종류별 유속에너지의 크기를 나타낸 것이다.

이 결과는 본 발명의 임펠러에 의해 발생되는 유동 흐름과 속도 에너지, 와도, Kinetic Energy가 축류 흐름으로 강하고 고르게 생성됨으로써 축하부의 Solids Slurry 침전을 방지하며 교반조 하부로는 방사상의 흐름을 유도하는 역할을 한다.

교반조 하부에서 생성되는 방사상의 흐름은 조의 벽을 타고 교반기 축의 상부로 순환이 됨으로 Single Loop Flow (단일 순환 흐름)이 형성되어 Solids Slurry의 침전을 방지하고 농도가 균일하게 유지되어 지게끔 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 교반기 날개는 직사각형의 금속판을 다단으로 절곡시킴으로써 간단하게 제작할 수 있어 재료비가 저렴하고, 교반조내 에너지를 고르게 분포할 수 있게 축류 흐름 이후 방사흐름으로 발생시키며 또한, 장축을 가진 교반기에서 흔히 나타나는 불평형하중을 방지하는 Verticle Stabilizer를 쉽게 부착할 수 있음으로 구조의 안정성을 높임으로써 발전소용 교반기 중 배연탈황공정의 성능을 향상시키는 유용한 효과를 갖는다.

도1은 일반적인 PBT형 (Pitched Blade Turbine Type) 교반기 날개를 도시한 3차원도면

도2는 외국의 Hydrofoil형 3-Blade 교반기 날개를 도시한 3차원 도면

도3은 본 발명에 의한 발전소용 교반기 날개의 사진

도4는 PIV(Particle Image Velocimetry ; 입자 영상 추적 장치) 실험 장치 개략도

도5는 본 발명에 의한 발전소용 교반기 날개의 사시도,

도6은 본 발명에 의한 발전소용 교반기 날개의 평면도,

도7은 본 발명에 의한 발전소용 교반기 날개의 사시도 (Verticle Stabilizer 부착)

도8은 본 발명에 의한 발전소용 교반기 날개의 전개도

도9는 PIV(Particle Image Velocimetry)방법에 의한 일반적인 교반기 날개들과 본 발명에 의한 교반기 날개의 조내 유속 크기, Kinetic Energy 및 와도의 비교 데이터

도10은 동일한 입자 및 Solids Conecentration을 가진 교반조내에서 Solids 재부양을 시킬 때의 교반기 전력 비교 데이터

□ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 □

1 : 교반기 축 2 : 교반기 날개

21 : Leading Edge (앞전) 22 : Trailing Edge (뒷전)

23 : Tip (끝부분) 24 : Root (뿌리 부분)

25 : 제1면 26 : 제2면

27 : 제3면 28 : 제4면

29 : Verticle Stabilizer (수직 안정판)

Claims (2)

1. 교반기 축(1)에 4개의 교반기 날개(2)가 방사상으로 부착된 것에 있어서, 임펠러 축과 허브 또는 임펠러 블레이드의 각도는 45°로 취부하고, 상기 교반기 날개(2)는 Leading Edge(21)의 내측(21, 24)에서 Trailing Edge(22)의 외측(22, 23)을 따라 대각선 방향으로 소정의 각도씩 다단으로 소정의 각도씩 절곡형성시킴으로써 뿌리부분(24)에서 끝부분(23)으로 갈수록 피치가 기하학적인 비틀림을 갖추도록 한 것을 특징으로 하는 교반기 날개.
2. 제 1항에 있어서,

   교반기 날개의 뿌리부분(24)에서 끝부분(23)으로 대략 ⅔∼¾지점에 축방향으로는 평행하게 수직으로 일정한 크기의 판(Verticle Stabilizer ; 수직 안정판)을 용접 또는 볼트취부하는 것을 특징으로 하는 교반기 날개.