KR100608547B1 - 이코노마이저용 베인 및 그 설계방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이코노마이저용 베인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이코노마이저 전방덕트에 설치되어 배기가스의 흐름을 균일하게 안내해주는 장치로서, 배기가스 덕트 내부의 양측면에 접합되어 있으며, 배기가스를 양쪽으로 분리해주는 분리부와, 덕트 밴딩부의 형태에 따라 휘어져있는 밴딩부와, 배기가스의 흐름을 안내해주는 안내부로 구성되어 있다.

Description

이코노마이저용 베인 및 그 설계방법{The economizer vane and how to design it}

도 1은 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 구성예시도

도 2는 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 설치예시도

도 3은 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 설계방법 설명도

도 4는 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 실시예시도

도 5a, 5b, 5c는 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 실험조건도

도 6a는 본 발명에 의한 베인이 3개 설치되었을 때의 실시결과 그래프

도 6b는 본 발명에 의한 베인이 5개 설치되었을 때의 실시결과 그래프

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1. 이코노마이저 2. 덕트

3. 덕트 곡관부 4. 배기가스 입구

5. 급수관 6. 이코노마이저핀

7. 송풍기 8. 배기가스출구

10. 베인(vane) 11. 분리부

12. 밴딩부 13. 안내부

본 발명은 이코노마이저용 베인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이코노마이저 전방덕트에 설치되어 배기가스의 흐름을 균일하게 안내해주는 장치이다.

일반적으로 이코노마이저란 열교환기의 한 종류로서 보일러 배기가스에 의해 발생하는 열손실을 경감해주는 장치이다. 보일러 열손실의 최대인 것은 연소가스에 의하여 반출되는 열량이며, 상기 이코노마이저는 이 연소가스가 갖는 여열을 이용하여 급수의 예열을 하는 것이므로 급수의 일시경도를 감소시켜서 스케일의 생성을 적게 하고, 급수와 보일러수와 온도차를 감소시켜 동 또는 드럼에 생기는 열응력을 경감할 수 있다. 이런 이코노마이저는 주철관 이코노마이저와 강관 이코노마이저 등이 있다.

종래의 이코노마이저 전방에 설치된 덕트에는 배기가스가 흐르면서 편류가 발생하여 전열면의 효율을 떨어뜨리고, 상기 이코노마이저 내부의 구성품에 마모가 발생하는 점등의 문제점이 있었다.

본 발명은 배기가스가 들어가는 덕트의 입구와 배기가스가 배출되는 덕트의 출구의 방향이 반대이거나 일정각도 이상 각이져 있을 경우에 설치하여 배기가스의 흐름을 균일하게 안내해주어 전열면의 효율을 높이며, 이코노마이저의 수명을 늘릴 수 있는 이코노마이저용 베인을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 이코노마이저용 베인의 형태와 구성을 최적화하여 배기가스의 흐 름을 방해하지 않고 유속의 감소를 최소화할 수 있는 베인을 제공하며, 상기 베인을 덕트의 조건에 따라 가장 효율적으로 설계하는 설계방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 이코노마이저용 베인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보일러의 열교환기로 사용되는 이코노마이저 전방의 덕트에 설치되어 보일러 배기가스를 상기 이코노마이저로 균일하게 안내해주는 장치이다.

본 발명은 배기가스가 들어오는 덕트입구와 배기가스가 배출되는 덕트출구의 방향이 반대일 경우 매우 유용하며, 일정각도 이상 각이져 있는 경우에도 사용할 수 있다.

일반적으로 이코노마이저는 효율적인 열교환을 위해 급수가 흐르는 급수관이 직육면체 형상의 공간부에 관과 관 사이가 조밀하게 배열되어 있으며, 상기 관에는 전열면적의 증가를 위해 이코노마이저핀이 다수 부착되어 있다. 따라서, 배기가스를 강제 순환시키기 위해서는 송풍기가 필요하며, 또한 덕트의 곡관부에서 배기가스의 유속을 떨어뜨리지 않고 흐름을 자연스럽게 해주는 장치가 필요하다.

이하 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 구성예시도로서, 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인은 덕트 내부의 양 측면에 접합되어 있으며, 배기가스를 양쪽으로 분리해주는 분리부와, 덕트 밴딩부의 형태에 따라 휘어져 있는 밴딩부와, 배기가스의 흐름을 안내해주는 안내부로 구성되어 있다.

즉, 상기 이코노마이저용 베인은 일부분이 덕트 밴딩부의 형태에 따라 밴딩되어 있는 사각판형태이며, 상기 베인의 양 측면에 덕트 내부에 용접 등의 방법으로 설치되어 사용된다.

상기 베인은 밴딩이 가능하며 덕트의 내부면에 용접이 용이할 정도의 두께이면 되는데, 배기가스의 열과 일반적으로 많이 사용하는 덕트의 두께를 고려할 때 4 ~ 8mm 정도가 바람직하다.

도 2는 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 설치예시도로서, 보일러의 열교환기로 사용되는 이코노마이저의 전면부에 배기가스가 흐르는 덕트가 설치되고, 상기 배기가스 덕트가 일정각도 이상 굽어진 곡관부가 있는 경우 본 발명에 의한 베인을 상기 덕트의 곡관 내부에 다수 설치하여 균일하지 않은 배기가스를 비교적 균일하게 분리하여 이코노마이저로 들어가게 하여 열교환이 잘 이루어질 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 설계방법 설명도로서, 이코노마이저용 베인의 수 및 공간수는 다음의 계산식을 따른다.

식1)

식2)

또는

의 작은 쪽으로 하되, 소수점 이하는 반올림(사사오입)한다.

(단, De＜Do)

여기서, S는 베인 사이의 간격이고, De는 가스덕트의 입구폭, Do는 가스덕트 의 출구폭이다.

상술한 식1과 식2에 따라 공간수를 결정하고 가스덕트 입구폭(De)을 공간수에 분할하여 베인 사이의 간격 S를 결정한다.

이후, 베인 입구측 직선부, 출구측 직선부는 각각 출입구측 덕트벽에 평행이 되도록 밴딩각도 β를 결정한다.

(실시예1)

°도 4는 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 실시예시도로서, 그 조건은 De=2500mm, Do=6000mm 이며, 밴딩반경=600R, β=90°인 경우에 실제 계산은 다음과 같은 방법으로 한다.

① 유로의 공간수를 정한다.

위 공간수1과 공간수2는 공간수1이 공간수2보다 크므로 위 2식의 조건대로 값이 작은 쪽 즉, 8.3의 값을 공간수로 결정한다.

따라서, 공간수는 8이 된다(공간수는 정수가 되어야 하므로 8.3을 소수점 이하 사사오입).

② 베인 사이의 간격을 정한다.

즉, 덕트에는 8개의 공간을 가지는 것이 바람직하므로, 7개의 베인을 설치하고 그 간격은 313mm로 한다.

상기 베인의 밴딩각도는 덕트 밴딩각도에 맞추어 베인의 형상을 결정하므로, 본 실시예에서는 β=90°이며 그 곡률은 덕트 형상과 같이 600R이다.

위 실시예에서는 베인 사이의 간격이 313mm이나 실제 설치시에는 내측 베인의 간격은 10mm 단위로 계산값을 정리하여 S=310mm로 하고, 나머지 값{(3*8)+310=334mm}은 제일 외측 공간값(S')으로 결정한다.

이는 실제 공사에 있어서는 1mm 단위의 정확한 공사가 힘들기 때문이다.

(실시예2)

도 5a, 5b, 5c는 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인의 실험조건도로서, 덕트입구와 덕트출구폭이 세 경우 모두 같은 동일한 조건이며, 가장 적합한 공간수 및 베인사이의 거리를 실험을 통하여 알아보았다.

초기조건으로는 다음과 같다.

작동 조건	100% 가동	75% 가동
유량(Kg/hr)	97,290	71,800
온도(℃)	440	407

위 조건으로 실험한 결과는 다음의 표와 같다.

구분	가동	평균속도(m/s)	RMS(%)	유동균일도
베인이 설치 안되었을 때	100%	3.1	95.2	7.2
	75%	2.1	95	7.1
베인이 3개 설치되었을 때	100%	3.1	90.6	10.9
	75%	2.1	91.4	8.9
베인이 5개 설치되었을 때	100%	3.1	20.8	81.2
	75%	2.1	20.8	80.2

여기서, 유동균일도는 단위 면적당 흐르는 유량의 비율로서, 유동균일도가 낮으면 낮을수록 한쪽으로만 편중되어 유체가 흐르는 것이며, 반대로 유동균일도가 높으면 높을수록 유체가 균일하게 흐르는 것을 나타낸다.
상기 표에서 RMS는 Root Mean Square이며, 무차원화된 유동속도편차를 나타낸다. 상기 RMS의 값이 적을수록 유동속도의 편차가 적으므로 이코노마이저 전열면에 균일유동분포를 가진 배가스가 통과된다는 뜻이며, 최소의 전열면적으로 최대 효과를 얻을 수 있게 된다.

상기 RMS는 다음 식으로 구할 수 있다.

여기서, U: mean velocity, u: local velocity, N: number of local velocity 이다.

도 6a 및 도 6b는 실시결과 그래프로서, 도 6a는 베인이 3개 설치되었을 때의 유속분포도이고, 도 6b는 베인이 5개 설치되었을 때의 유속분포도이다. 상기 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 유속은 베인이 3개 설치되었을 때보다 베인이 5개 설치된 경우에 훨씬 유량속도가 균일함을 알 수 있다.

상술한 실험예에서 알 수 있듯이, 배기덕트에 베인의 수를 적절히 배치하여야만 유동속도의 편차가 적게 되며, 유동균일도가 높아지게 되어 결국 이코노마이저의 최대 효율을 얻을 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 이코노마이저용 베인은 비교적 간단한 구성으로서 덕트 내부에 설치하여 배기가스의 편류를 방지하며, 이코노마이저 내에서 이루어지는 열교환을 보다 자연스럽게 하여, 결국 전열면의 효율을 높인다.

또한, 배기가스의 편류로 발생하는 이코노마이저의 구성품들의 마모를 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 덕트 내부의 양측면에 접합되어 있으며, 배기가스를 양쪽으로 분리해주는 분리부(11)와, 덕트 밴딩부의 형태에 따라 휘어져 있는 밴딩부(12)와, 배기가스의 흐름을 안내해주는 안내부(13)로 구성되어 있는 것이 특징인 이코노마이저용 베인
2. 이코노마이저용 베인의 설계방법에 있어서, 아래의 식들에 의해 공간수 및 베인사이의 간격(S)을 결정하는 것이 특징인 이코노마이저용 베인의 설계방법

   식1)

   

   식2)

   

   또는

   

   의 작은 쪽으로 하되, 소수점 이하는 반올림(사사오입)한다.

   (단, De＜Do)

   여기서, S는 베인 사이의 간격이고, De는 가스덕트의 입구폭, Do는 가스덕트의 출구폭이다.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이코노마이저용 베인의 두께는 4 ~ 8mm인 것이 특징인 이코노마이저용 베인

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