KR100570890B1 - 배가스 온도조절용 우회덕트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소배가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위해 가스의 온도를 조절하기 위한 우회덕트에 있어서, 우회하여 배출되는 우회가스와 정상적으로 진행하는 배가스의 혼합이 질소산화물 저감장치의 입구덕트 전면적에서 균일하게 이루어질 수 있도록 구성된 배가스 온도조절용 우회덕트를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연소로에서 배출되는 배가스가 유동하는 덕트에서 분기되어 일부의 배가스(21)를 우회한 후, 덕트를 따라 유동하며 열을 빼앗긴 나머지의 배가스(22)와 우회한 배가스(21)를 혼합하여 배가스의 온도를 조절하는 우회덕트에 있어서, 우회덕트(100)의 배출구(102)에는 한 개 이상의 안내깃(110)과 회전 가능한 한 개 이상의 댐퍼(120)가 설치된 것을 기술적 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 배가스 온도조절용 우회덕트는 우회덕트를 통해 배출되는 우회가스와 정상적으로 진행하는 정상진행가스와의 혼합이 신속하게 이루어질 수 있게 하여 우회덕트를 하향으로 절곡하지 않고 직선형으로 설치할 수 있다. 따라서, 우회덕트의 길이를 감축하여 물량을 감소할 수 있고 또한, 우회덕트의 제작이 용이하다는 장점이 있다.

보일러, 절탄기, 질소산화물 저감장치, 우회덕트, 안내깃, 댐퍼

Description

배가스 온도조절용 우회덕트{Bypass Duct for Control Combustion Gas Temperature}

도 1은 종래의 기술에 따른 우회덕트가 설치된 상태를 나타낸 보일러의 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 우회덕트를 나타낸 측면도이고,

도 3은 도 1에 도시된 우회덕트의 사시도이고,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 우회덕트가 설치된 상태를 나타낸 보일러의 개략도이고,

도 5는 도 4에 도시된 우회덕트의 개략도이고,

도 6은 도 4에 도시된 우회덕트 배출구의 평단면도이고,

도 7은 도 6에 도시된 댐퍼들의 작동관계를 나타낸 평단면도이며,

도 8은 본 발명의 우회덕트와 종래의 우회덕트를 통해 배출되는 우회가스와 정상진행가스가 혼합된 혼합분포를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 연소로 3 : 과열기

5 : 절탄기 7 : 입구덕트

10, 100 : 우회덕트 11, 101 : 유입구

12, 102 : 배출구 21 : 우회가스

22 : 정상진행가스 110 : 안내깃

120 : 댐퍼 121 : 회전축

본 발명은 연소배가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 제거하기 위해 가스의 온도를 조절하기 위한 우회덕트에 관한 것으로, 특히, 메인덕트에서 우회하여 상대적으로 고온인 우회 배가스와 메인덕트를 따라 유동하며 열을 빼앗긴 저온의 배가스의 혼합이 신속하게 이루어져 질소산화물 저감장치의 기능을 향상시키기 위한 것이다.

석탄이나 그 밖의 다른 가연물질이 연소될 때 나오는 배가스에는 질소산화물이 포함되어 있는데, 이런 질소산화물은 사람과 환경에 해가 되는 공해요소로서 대기 중으로 배가스를 배출하기 이전에 질소산화물을 제거한다.

배가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위해서, 현재 촉매환원법이 이용되는데, 이런 촉매환원법은 배가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 촉매 존재하에 환원제와 화학적으로 반응시켜 질소와 물로 전환하는 방법으로서, 반응이 일어나기 위해서는 배가스 온도범위(250~450℃)를 유지하여야 한다.

도면에서, 도 1은 종래의 기술에 따른 우회덕트가 설치된 상태를 나타낸 보 일러의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 우회덕트를 나타낸 측면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 우회덕트의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 보일러의 연소로(1)에서 배출된 배가스는 과열기(3)와 절탄기(5)를 거쳐 질소산화물 저감장치(9)로 유동하는데, 과열기(3)와 절탄기(5)를 통과한 배가스는 그 온도가 떨어지게 된다. 여기에서 과열기(3)는 배가스의 열을 이용하여 포화증기를 가열하는 장치이고, 절탄기(5)는 급수를 예열하는 장치이다.

한편 앞에서 설명한 바와 같이, 질소산화물 저감장치(9)로 유입되는 배가스는 250~450℃의 온도범위를 유지하여야 하는데, 연소시스템의 부분적인 부하 운전시에는 배가스의 온도가 저감되어 질소산화물 저감장치로 유입되는 배가스의 온도가 상기 온도범위보다 낮게 된다. 이럴 때를 대비하여 도 1에 도시된 바와 같이 과열기(3)와 절탄기(5)의 사이에서 질소산화물 저감장치(9)의 입구덕트(7)로 우회덕트(10)를 연결한다.

이런 우회덕트(10)는 과열기(3)를 통과한 일부의 배가스가 절탄기(5)를 거치지 않고 바로 질소산화물 저감장치(9)로 유입되도록 배가스를 우회시키는 덕트로서, 절탄기(5)를 거쳐 진행하는 다른 일부의 배가스와 혼합되어 질소산화물 저감장치(9)로 유입된다. 따라서 절탄기(5)를 거친 정상적으로 진행하는 배가스(이하에서는 '정상진행가스' 라 함)의 낮은 온도와 우회덕트(10)를 통과한 상대적으로 높은 온도의 배가스(이하에서는 '우회가스'라 함)가 혼합되어 상기 온도범위를 만족시킨다.

이런 우회가스(21)와 정상진행가스(22)가 질소산화물 저감장치(9)로 유입됨에 있어서, 우회가스(21)와 정상진행가스(22)는 충분히 혼합되어 균일한 온도분포를 갖는 것이 중요하다. 이와 같이 균일한 온도분포를 갖기 위해서, 우회덕트(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 그 길이방향의 중간부가 다수 회 절곡된 상태로 유입구(11)보다 배출구(12)가 낮게 위치하여 정상진행가스(22)가 절탄기(5)를 통과한 후 바로 우회가스(21)와 혼합되도록 한다. 또한 질소산화물 저감장치(9)의 입구덕트(7)의 길이를 길게 하여 우회가스(21)와 정산진행가스(22)의 혼합이 충분히 이루어진 후에 질소산화물 저감장치(9)로 유입되도록 한다.

따라서, 우회덕트(10)는 유입구(11) 보다 배출구(12)가 낮게 위치하도록 그 길이방향이 절곡되며, 또한 질소산화물 저감장치(9)의 입구덕트(7)의 길이가 길어짐으로써 질소산화물 저감장치(9)의 높이가 높아지게 된다는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 배가스가 배출되는 배출구를 개선하여 정상진행가스와 우회가스가 신속하게 혼합되어 균일한 온도분포를 갖도록 구성함으로써, 우회덕트를 직선형으로 짧게 설계할 수 있고, 또한 질소산화물 저감장치의 입구덕트의 길이를 짧게 하여 질소산화물 저감장치의 높이를 낮출 수 있는 배가스 온도조절용 우회덕트를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연소로에서 배출되는 배가스가 유동하는 덕트에서 분기되어 일부의 배가스를 우회한 후, 상기 덕트를 따라 유동하며 열을 빼앗긴 나머지의 배가스와 상기 우회한 배가스를 혼합하여 배가스의 온도를 조절하는 우회덕트에 있어서, 상기 우회덕트의 배출구에는 한 개 이상의 안내깃과 회전 가능한 한 개 이상의 댐퍼가 설치된 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 우회덕트는 유입구에서 배출구 쪽으로 갈수록 점차 그 폭은 넓어지고 두께는 얇아지는 직선형 구조를 갖는다.

또한, 본 발명의 상기 우회덕트의 배출구 안쪽에 안내깃이 고정되고, 상기 댐퍼는 상기 우회덕트의 배출구 단부에 설치된다.

또한, 본 발명의 상기 댐퍼는 2개 이상으로서, 상기 댐퍼들은 각각의 모터에 연결되어 독립적으로 회전 가능하다.

아래에서, 본 발명에 따른 배가스 온도조절용 우회덕트의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 우회덕트가 설치된 상태를 나타낸 보일러의 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 우회덕트의 사시도이고, 도 6은 도 4에 도시된 우회덕트 배출구의 평단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 댐퍼들의 작동관계를 나타낸 평단면도이며, 도 8은 본 발명의 우회덕트와 종래의 우회덕트를 통해 배출되는 우회가스와 정상진행가스가 혼합된 혼합분포를 나타낸 그래프이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 과열기(3)와 절탄기(5)의 사이에 우회덕트(100)의 유입구(101)가 연결되고 우회덕트(100)의 배출구(102)는 질소산화물 저감장치(9)의 입구덕트(7)에 연결되며, 이런 우회덕트(100)는 과열기(3)를 통과한 배가스의 일부를 입구덕트(7)로 유동시킨다.

이런 우회덕트의 형상은 기존의 우회덕트(10)와 비슷한 형상으로 설치할 수 있으며, 설비의 간소화를 위해 도 4에서처럼 일직선으로 우회덕트(100) 형상을 고려할 수 있다. 우회가스 유입구(101)에서 배출구(102)의 방향으로 갈수록 점차 두께는 얇아지고 폭은 넓어지는 구조로서, 종래의 배출구보다 폭은 넓어지게 되지만 높이가 낮아져 배출구(102)의 단면적은 비슷하므로 우회가스의 유속은 종래와 크게 변화하지 않은 상태로 입구덕트(7)로 배출된다.

한편, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 우회덕트(100)의 배출구(102) 안쪽에는 다수 개의 안내깃(110)이 설치되고, 다수 개의 댐퍼(120)가 안내깃(110)보다는 바깥쪽에 설치된다. 이런 안내깃(110)은 우회덕트(100)를 따라 유동한 우회가스(21)가 입구덕트(7)에 배출됨에 있어서, 우회덕트(100)의 배출구(102) 폭을 따라 넓고 균일하게 배출될 수 있게 안내하는 역할을 수행하며, 댐퍼(120)는 우회덕트(100)를 개폐함과 동시에 안내깃(110)에 의해 유도된 우회가스(21)를 넓게 퍼지거나 또는 한 쪽으로 치우칠 수 있게 방향을 조절한다.

보다 상세하게는 다수 개의 안내깃(110)은 우회덕트(100)의 배출구(102) 내부에 고정되는데, 우회덕트(100)의 폭이 배출구(102)쪽으로 점차 넓어지는 구조를 갖는 관계로, 안내깃(110) 또한 배출구(102) 방향의 단부는 상호 간격이 넓고 우회덕트(100)의 유입구(101) 방향의 단부는 상호 간격이 상대적으로 좁게 배치된다. 그리고 안내깃(110)의 형상 또한 우회덕트(100)의 내부 구조와 같아 유입구(101) 방향에 위치한 단부는 높이가 높지만 배출구(102) 방향으로 갈수록 그 높이가 낮아 져 우회덕트(100)의 내측 상면과 하면에 고정된다.

한편, 우회덕트(100)의 배출구(102) 단부에는 다수 개의 댐퍼(120)들이 각각의 안내깃(110)과 대응하여 독립적으로 회전 가능하게 설치된다. 따라서 댐퍼(120)들이 그 회전축(121)을 중심으로 모터(도면에 도시안됨)에 의해 회전함에 있어서, 모두 평행하게 위치하면서 안내깃(110)과 일렬로 위치하게 되면 우회덕트(100)는 개방되고, 반대로 안내깃(110)과 수직하게 댐퍼(120) 모두가 일렬로 위치하면 우회덕트(100)는 폐쇄된다. 또한, 일부의 댐퍼(120)가 소정의 각도로 회전하게 되면 그 회전한 각도에 따라 부분적으로 우회가스(21)가 배출됨으로써, 댐퍼(120)들의 회전각도 조절에 따라 배출되는 우회가스의 유량을 제어한다. 이와 같이 댐퍼(120)에 의해 우회가스(21)의 배출유량과 방향을 조절하는 이유는 배가스 온도변화에 따른 신속한 대처가 가능하며 보다 효과적인 혼합을 위하여 입구덕트(7)내의 여러 부분에 균등하게 배출이 가능하도록 하기 위함이다.

한편 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 우회덕트(100)를 통해 배출된 우회가스(21)와 정상진행가스(22)의 혼합분포와 종래의 우회덕트를 통해 배출되는 우회가스와 정상진행가스의 혼합분포를 살펴보면, 혼합된 지점에서 거리가 멀어질수록 즉, 입구덕트를 따라 질소산화물 저감장치에 근접할수록 그 온도편차가 감소한다. 도 8에서 경우 1은 종래의 우회덕트를 이용한 경우의 온도분포이고, 경우 2는 종래의 우회덕트(10)에 본 발명에 따른 댐퍼와 안내깃을 출구부에 설치한 경우이며, 경우 3은 본 발명에 따른 우회덕트부를 직선으로 연결한 경우의 온도분포이다. 경우 2의 온도분포가 가장 양호하므로 입구덕트(7)의 길이를 줄일 수 있는 효과가 가장 크며, 직선으로 연결한 3의 경우도 종래의 우회덕트와 비교해서 혼합거리가 짧기 때문에 입구덕트(7) 길이단축 및 제작 공정을 줄일 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 우회덕트(100)는 우회가스(21)와 정상진행가스(22)가 혼합된 지점으로부터 단거리에서 그 온도편차가 작아지는 효과를 발현함으로써, 균일한 혼합 즉 온도분포가 균일해지는데 필요한 거리를 감축할 수 있다. 즉 이는 입구덕트(7)의 길이를 감축을 나타내며, 종래와 같이 충분한 혼합거리를 확보하기 위해 우회덕트를 하향으로 절곡하여 구성하지 않고 도 4에 보이듯이 우회덕트(100)를 직선형으로 구성할 수도 있다.

이와 같은 구성 및 작동관계를 갖는 우회덕트(100)에 있어서, 보다 바람직하게는 댐퍼(120)가 배출구(102)의 단부에 회전 가능하게 설치되어, 우회덕트(100)가 개방되도록 댐퍼(120)가 회전하면서 입구덕트(7)의 안쪽까지 진입하여 우회가스(21)를 입구덕트(7)의 안쪽까지 유도하여 정상진행가스(22)와 혼합이 원활하게 이루어질 수 있게 한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 배가스 온도조절용 우회덕트는 배출구의 안내깃과 댐퍼를 이용하여 우회덕트를 통해 배출되는 우회가스와 정상적으로 진행하는 정상진행가스와의 혼합이 신속하게 이루어질 수 있게 하여, 우회덕트의 제작시 그 형상을 직선형이나 다른 형태로 제작이 가능하다는 장점이 있다.

그리고, 우회가스와 정상진행가스의 혼합이 신속하게 진행되어 온도분포가 혼합지점으로부터 단거리에서 균일화됨에 따라 질소산화물 저감장치로 유입되는 입 구덕트의 길이를 감축할 수 있으며, 따라서 질소산화물 저감장치의 높이를 낮출 수 있다는 장점이 있다. 이와 같이 질소산화물 저감장치의 높이가 낮아짐으로써, 공장의 크기가 작아질 수 있다는 장점도 있다.

또한, 본 발명의 배가스 온도조절용 우회덕트는 독립적으로 회전하는 댐퍼를 갖고 있어 우회덕트를 통해 배출되는 우회가스의 배출방향 및 그 방향에 따른 양을 조절할 수 있어,배가스 온도분포가 불균일 하거나 원하는 온도로 맞추어야 할 경우에도 이에 따라 적절하게 댐퍼를 회전시켜 신속하게 균일한 온도분포로 우회가스와 정산진행가스를 혼합할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 배가스 온도조절용 우회덕트에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

Claims (4)

1. 연소로에서 배출되는 배가스가 유동하는 덕트에서 분기되어 일부의 배가스를 우회한 후, 상기 덕트를 따라 유동하며 열을 빼앗긴 나머지의 배가스와 상기 우회한 배가스를 혼합하여 배가스의 온도를 조절하는 우회덕트에 있어서,

   유입구에서 배출구 쪽으로 갈수록 점차 그 폭이 넓어지는 구조를 가지며, 상기 배출구 안쪽의 넓어지는 구간에 한 개 이상의 안내깃이 고정되고, 상기 배출구 단부에 회전 가능한 한 개 이상의 유량 및 방향 조절용 댐퍼가 설치된 것을 특징으로 하는 배가스 온도조절용 우회덕트.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 댐퍼는 2개 이상으로서, 상기 댐퍼들은 각각의 모터에 연결되어 독립적으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 배가스 온도조절용 우회덕트.

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