KR100604347B1 - 증기 생성부를 갖춘 유동층 연소계 - Google Patents

증기 생성부를 갖춘 유동층 연소계 Download PDF

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Abstract

산업체 설비용의 연소계는 적어도 부분적으로 고체연료로 동작한다. 상기 설비는 적어도 10m의 내부 높이를 가진 열 교환실(1)을 가진다. 상기 실(室)은 수평 단면으로 대략 직사각형 형태의 영역을 둘러싸는 4개 수직 외부 벽을 가진다. 10m 내지 60m의 내부 높이를 가지는 관형 연소실(2, 3)이 제1외부 벽과 마주하고 배치된 제2외부 벽(1c)과 열 교환실(1)의 제1외부 벽(1a)의 전방에 배치된다. 10 내지 60m의 내부 높이를 가진 각각의 관형상 연소실(2, 3)은 연료와 연소 공기를 공급하는 라인을 가진다. 가스 흐름부에서 고체물질을 분리하는 적어도 1개 분할체(5, 7)는 각각의 관형 연소실(2, 3)의 상부 구역에 연결되고, 상기 분할체는 열 교환실(1)의 상부 구역에 연결된 가스 방출 라인(9)을 가진다.

Description

증기 생성부를 갖춘 유동층 연소계{FLUIDIZED-BED FIRING SYSTEM WITH GENERATION OF STEAM}
본 발명은 고체연료 연소를 위해 증기를 생성하는 증기 생성부를 갖춘 유동층 연소계(fluidized-bed firing)에 관한 것이다.
예를 들어 DE-A-3107356호, DE-A-4135582호, EP-B-0365723호 및 EP-A-0416238호에는 소량 전력(smaller wattages)용으로 유익한 연소계를 기재하고 있다. 종래 발전장치(power plant)에서는 항시, 1개 유동층 연소실(combustion chamber)만이 열-교환실에 연결된다. 250MW(전기) 이상의 발전장치에 사용되는 대량 증기를 생성하는 대형 발전장치용으로, 상술된 종래 연소계는 적절하지 않다.
본 발명의 목적은 작은 공간이 소요되는 블록 설치된 콤팩트한 설계로 이루어진 상술된 유동층 연소계를 제공하는 것이다. 본 발명에 따라서 다음과 같이 이루어진다.
a)적어도 10m의 내부 높이로 이루어진 열-교환실에, 냉각 유체가 흐르는 열-교환 요소를 설치하고 그리고, 상기 열-교환실은 수평단면으로 거의 직사각형의 공간을 둘러싸는 4개 수직 외부 벽으로 이루어지고,
b)열-교환실의 제1외부 벽 앞에, 제1유동층 연소실이 배치되고 그리고, 제1외부벽과 마주 보는 열-교환실의 제2외부 벽 앞에, 제 2유동층 연소실이 배치되며, 유동층 연소실의 내부 높이는 10m 내지 60m 이고, 양호하게는 적어도 20m 이고 그리고, 각각의 유동층 연소실은 연료와 연소공기를 공급하는 라인을 가지며 그리고,
c)각각의 유동층 연소실의 상부 부분에서, 적어도 1개 분할체가 가스 흐름부에서 고체물질을 분리하기 위해 연결되며, 분할체는 열-교환실에 연결된 적어도 1개의 가스-운반 방출 라인을 가진다.
본 발명의 일 실시예는, 각 유동층 연소실에, 분할체 밑에 배치되어 고체물질-운반 라인에 의해 분할체에 연결된 적어도 1개 유동층 쿨러가 연결되며, 각각의 유동층 쿨러는 고체물질 및/또는 가스를 운반하는 적어도 1개 라인이 통하는 상관 유동층 연소실과 연결되는 구성이다.
본 발명에 따르는 발전장치는 콤팩트 블록으로 설계 및 설치된다. 또한, 상기 콤팩트 블록은 공간을 절약하는 방식으로 1개 또는 추가 블록이 다른 불록 옆에 물리적인 분리 상태 또는 분리되지 않은 상태로 용이하게 배치될 수 있다. 블록 내부에서, 열-교환실의 중앙 설비는 유동층 연소실에 공급되는 연소 공기용 라인을 단길이로 하여 저렴한 비용의 구조가 이루어지게 하며, 연소 공기는 열-교환실에서 또는 다른 적절한 수단에서 예비-가열된다. 각각의 유동층 연소실은 상관 유동층 쿨러와 연결되어 고정장비(static unit)로 형성되며, 유동층 쿨러는 장착 구조로 구성되거나 유동층 연소실에서 현수되는 구성으로 이루어진다. 특정한 연소계의 공간 감소 구성은, 열 교환실의 제2외부 벽과 제2유동층 연소실과의 사이에 거리 뿐만 아니라 제1외부 벽과 제1유동층 연소실과의 사이에 거리도 0 내지 2m가 되게 한다.
본 발명에 따르는 연소계는 대형 발전장치용으로 설계된다. 일반적으로, 수평적으로 측정되고 실(室)내의 1/2 높이인 2개 유동층 연소실의 각각의 단면적은, 50㎡ 내지 300㎡ 이고, 양호하게는 적어도 70㎡ 이다. 일반적으로, 제1 및 제2유동층 연소실의 실내는 수평면으로 보았을 때에 대략 직사각형이다. 초대형 발전장치용으로, 2개 이상의 열-교환실과 3개 이상의 유동층 연소실이 교대로 나란하게 배치 된다.
도 1은 도 2의 I-I선을 따라 길이 방향으로 절취한 연소계의 제1실시예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 절취된 단면을 나타낸 도면.
도 3은 도 1과 유사하게 나타낸 연소계의 제2실시예를 나타낸 도면.
도 4는 도 2와 유사하게 나타낸 2개 열-교환실을 가진 대형 발전장치를 나타낸 도면.
도 1 및 도 2에 따르는 발전장치는 중앙에, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 직사각형 단면의 열-교환실(1)을 갖는다. 열-교환실(1)의 4개 수직 외부벽은 도면 번호 1a, 1b, 1c, 1d로 나타내었다. 제1외부벽(1a)과 접하여서 제1유동층 연소실(2)을 설치한다. 반대편 벽(1c)에 제2유동층 연소실(3)을 설치한다. 좌측 유동층 연소실(2)에 2개 분할체(5, 6)가 연결되고 그리고 대응적으로 2개 분할체(7, 8)가 우측 유동층 연소실(3)에 있다. 각각의 분할체는 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 열-교환실(1)의 상부부분으로 개방된 가스-운반 방출라인(9)을 갖는다. 도면과는 다르게, 임의 갯수의 분할체를 선택할 수도 있다. 분할체로서, 예를 들어 그 자체로 알려져 있는 사이클론(cyclones) 또는 배플 판(baffle plates)을 사용할 수도 있다.
분할체(5-8)에서 분리된 고체물질은 그 자체로 알려져 있는 유동층 쿨러(12 또는 12a)로 라인(11)을 통해 공급된다. 유동층 쿨러에 대한 상세한 설명은 예를 들어 EP-B-0365723호 및 DE-A-4135582호에 기재되어 있다. 필요에 의해서, 분할체에 의해 분리된 고체물질을 측관 라인(11a)을 경유하여 최단거리에 있는 유동층 연소실 안으로 직접 유입시킬 수 있으며, 이러한 구조는 연소실(3)과 함께할 때에만 보다 명확하게 도면에 나타나게 된다. 만일 유동층 쿨러(12, 12a)를 전체적으로 생략하는 경우에는, 상기 분할체에서 나오는 고체물질이 상기 측관 라인을 경유하여 유동층 연소실 안으로 도입된다.
각각의 유동층 쿨러에는 유동 가스, 예를 들면 공기를 공급하기 위한 적어도 1개 라인(13)이 장착되어, 냉각 요소(14)와 냉각 고체물질용 배출구(15)를 구비한다. 라인(16)을 통하여, 냉각 고체물질이 가스와 함께 유동층 연소실(2) 안으로 유입된다. 일 변경예에서는 유동층 쿨러(12a)와 유동층 연소실(3)이 함께 설명되며, 라인(16)은 냉각 고체물질을 공급하고, 그리고 라인(17)은 연소실(3)에 고온 유동 가스를 공급한다. 고체물질인 과립 연료(granular fuels)가 라인(18)을 통하여 연소실(2, 3)에 공급되고 그리고, 산소 함유 유동가스, 예를 들면, 공기는 라인(19)에 의해 공급되어, 먼저, 배분실(20)에 들어가고, 다음, 그리드(21)를 관통하여 연소실(2) 내에서 상방향으로 흘러간다. 가스와 고체물질을 공급하기 위한 추가 지점을 용이하게 제공할 수 있다.
적절한 연료로는 무연탄(anthracite coal), 경질탄(hard coal), 갈탄(lignite), 목재, 또는 유혈암(oil shale)을 특정할 수 있다. 또한 고체연료에 더하여, 패스티(pasty), 액체, 또는 기체연료, 예를 들면 정제 잔재물 또는 다양한 폐기물을 사용할 수도 있다. 유동층 연소실(2, 3) 내의 연소 온도는 700℃ 내지 950℃ 범위에 있다.
고온 가스-고체 부유물은 트인 구멍(23)을 통해 상부에 있는 유동층 연소실(2 또는 3)을 떠나서 상관 분할체 안으로 흘러가며, 상기 고체물질은 대량으로 분리된다. 라인(9)을 통해 분할체를 떠나는 고온 가스는, 열-교환실(1)에서 냉각된다. 열-교환실(1)에는 고온 가스를 간접적으로 냉각하는 수많은 열-교환 요소(24)가 설치된다. 도면에는, 상기 열-교환 요소를 개략적으로 도시하였다. 일 측에 요소(24)는 보일러 공급수에서 증기를 생성하는 역활을 하며, 70bar 내지 350bar의 범위에 압력을 가진 고압 증기와, 20bar 내지 80bar의 압력을 가진 중간압 증기가 동시적으로 또는 교대로 생성된다. 1개 이상의 요소(24)를, 1개 유동층 연소실(2 또는 3) 안으로 연소 공기로서 유입되는 공기를 예비 가열하는데 사용할 수도 있다.
본원의 발전장치는 대량 처리용으로 설계되어서, 대응적으로 발전장치의 개별 부분이 대형 치수로 이루어진다. 열-교환실(1)의 절반 높이에서 수평적으로 측정된 열-교환실(1)의 실내 단면적은 150㎡ 내지 500㎡ 범위에 있다. 각각의 유동층 연소실(2 또는 3)용으로, 그리드(21) 위에 절반 높이에서 측정된 실내 수평방향 단면적은 50㎡ 내지 300㎡ 이다. 그리드(21) 위에서 측정된 연소실(2 또는 3)의 높이는 20m 내지 60m 범위에 있다. 도 2에 참고로 나타낸 공통 벽(1a, 1c)의 수평 폭(a)은 10m 내지 40m 이다.
연소계에, 200MW 또는 그 이상의 전력을 가진 발전장치가 연결된다. 연소계 내의 현열(sensible heat)을 최적하게 활용하기 위해서, 모든 고온 벽을, 냉각 유체가 벽을 관통하고 흐르는 박막 관형 벽으로 설계할 수 있다. 유출구(25)를 통하여 열-교환실(1)을 떠나는 냉각 가스는 여기에는 나타내지 않은 가스 클리닝 시스템에 공급된다.
도 1 및 도 2와 관련하여 상기 설명된 바와 같이, 도 3에 따르는 발전장치는 중앙 열-교환실(1), 2개 유동층 연소실(2, 3), 및 분할체(5, 7)를 포함한다. 라인(23a)은 분할체(5, 7)를 유동층 연소실(2, 3)에 연결한다. 도 1과 도 2에서와 동일한 도면 번호는 상기 도면에서의 상태와 동일한 상태를 의미한다. 도 3에 따르는 유동층 연소실은 하방향으로 쐐기-모양으로 설계된 것이다.
도 3에 따르는 발전장치에서는, 유동층 연소실(2)과 열-교환실(1)의 외부 벽(1a)과의 사이가 2m 이하의 거리이며, 라인(11)은 유동층 쿨러(12)까지 관통된다. 동일한 거리가 유동층 연소실(3)과 벽(1c) 사이에도 있다. 분할체(5, 7)가 연소실(2, 3) 위에 배치됨으로서, 블록의 높이가 높아지고 작은 지면을 필요로 한다.
수평면으로 도 4에 개략적으로 나타낸 대형 발전장치에서는, 2개 열-교환실(1)과 3개 유동층 연소실(2, 3, 4)이 교대로 나란히 배치된다. 분할체에는 도면 번호 '5' 내지 '8'이 부여 된다. 도 4에 도시된 배치 열(row arrangement)과 대비하여, 연소실(室)에 부가의 열-교환실 및/또는 유동층 연소실이 함께 설치되어 수평 단면으로 보았을 때에 전체적으로 십자형, L형 또는 T형으로 형성할 수 있다.

Claims (7)

  1. 수평 단면으로 직사각형 형태의 공간을 둘러싼 4개 수직 외부 벽(1a, 1b, 1c, 1d)을 구비한, 냉각 유체가 흐르는 열-교환 요소(24)가 배치된 열-교환실(1)과;
    열-교환실의 제1외부 벽(1a) 앞에 배치된 제1유동층 연소실(2)과;
    제1외부 벽과 마주하는 열-교환실의 제2외부 벽(1c) 앞에 배치된 제2유동층 연소실(3)과;
    각각의 유동층 연소실은 연료와 연소공기를 공급하는 라인을 가지고, 그리고 가스흐름부에서 고체물질을 분리하는 1개 이상의 분할체(5, 6, 7, 8)를 포함하며;
    상기 분할체는 각각의 유동층 연소실의 상부와 연결되고, 열-교환실의 상부와 연결된 가스-운반 방출 라인(9)을 구비하는, 고체연료 연소용 증기를 생성하는 증기 생성부를 갖춘 유동층 연소계에서:
    각각의 유동층 연소실에 1개 이상의 유동층 쿨러(12, 12a)가 연결되고, 상기 쿨러는 분할체 밑에 배치되어 고체물질 운반 라인에 의해 분할체와 연결되고, 각각의 유동층 쿨러는 고체물질과 가스를 운반하는 1개 이상의 라인(16, 17)에 의해 상관 유동층 연소실에 연결되며; 열-교환실(1)의 내부 높이는 적어도 10m 이고 그리고 유동층 연소실(2, 3)의 내부 높이는 10m 내지 60m 인 것을 특징으로 하는 유동층 연소계.
  2. 제 1항에 있어서, 열 교환실의 제2외부 벽(1c)과 제2유동층 연소실(3)과의 사이에 거리 뿐만 아니라 제1외부 벽(1a)과 제1유동층 연소실(2)과의 사이에 거리도 0 내지 2m 인 것을 특징으로 하는 유동층 연소계.
  3. 제 1항에 있어서, 수평방향으로 측정된 실(室)의 실내의 1/2 높이로, 2개 유동층 연소실(2, 3)의 각각의 단면적은, 50㎡ 내지 300㎡ 인 것을 특징으로 하는 유동층 연소계.
  4. 제 1항에 있어서, 제1 및 제2유동층 연소실(2, 3)의 실내는 수평 단면으로 직사각형인 것을 특징으로 하는 유동층 연소계.
  5. 제 1항에 있어서, 열-교환실(1)과 유동층 연소실(2, 3)은 10m 내지 40m의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 유동층 연소계.
  6. 제 1항에 있어서, 2개 이상의 열-교환실(1)에, 3개 이상의 유동층 연소실(2, 3, 4)이 연결되는 것을 특징으로 하는 유동층 연소계.
  7. 삭제
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