KR100646629B1 - Gas air heater for power plant - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 열병합 발전 흐름의 개략도.1 is a schematic representation of a typical cogeneration power flow.
도 2는 종래 기술에 따른 공기예열기의 개략 평면도.2 is a schematic plan view of an air preheater according to the prior art.
도 3은 공기예열기의 엘레먼트의 평면도.3 is a plan view of the elements of the air preheater.
도 4는 본 발명에 따른 다중 분사 노즐 헤드를 구비한 공기예열기의 평면도.4 is a plan view of an air preheater with multiple spray nozzle heads in accordance with the present invention.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 선 A-A 및 선 B-B를 따라 취한 단면도.5A and 5B are cross-sectional views taken along the lines A-A and B-B of FIG. 4.
도 6은 본 발명에 따른 다중 분사 노즐 헤드의 노즐을 도시한 도면.6 shows a nozzle of a multi-jet nozzle head according to the present invention.
도 7은 도 4의 덕트를 반시계 방향으로 90도 회전한 상태를 도시한 도면.FIG. 7 is a view illustrating a state in which the duct of FIG. 4 is rotated 90 degrees counterclockwise. FIG.
※도면의 주요부재에 대한 부호의 설명※※ Description of symbols for main members in drawings *
40 : 공기예열기 41 : 다중 분사 노즐 헤드40: air preheater 41: multi-jet nozzle head
42 : 하우징 44 : 덕트42
본 발명은 일반적으로 열병합 발전소의 보일러에 연결된 공기예열기(GA/H, gas air heater)에 관한 것이며, 보다 구체적으로 송풍 노즐 헤드가 다단으로 구성된 그을음 송풍기를 구비한 발전소용 공기예열기에 관한 것이다.The present invention relates generally to an air preheater (GA / H) connected to a boiler of a cogeneration plant, and more particularly to an air preheater for a power plant having a soot blower having a blow nozzle head composed of multiple stages.
기력 발전소에는 보일러에서 배출되는 폐가스의 폐열을 회수하기 위해 엘레먼트 소자를 구비한 공기예열기를 포함한다. 공기예열기에서 공기흡입 장치인 압입 송풍기를 통해 유입되는 공기는 연소기 내부로 유입되기 전에 공기예열기를 통과하고 압입 송풍기를 통해 유입된 공기는 보일러에서 배출되는 폐가스에 의해 가열된 엘레먼트 소자와 열교환한다. 이러한 열교환에 의해 폐가스의 폐열을 감소시킴으로써, 배기 가스의 온도를 낮출 수 있고 그 결과 대기로 방출되는 열을 감소시켜 보일러 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 연료의 연소 효율을 높이고 연소 속도가 증대되어 연소실 열발생율(Kcal/㎥hr)이 커지고 연소실 체적을 작게 할 수 있으며 낮은 공기비로 연료를 완전 연소시킬 수 있다.The energy plant includes an air preheater with element elements for recovering the waste heat of the waste gas from the boiler. The air flowing through the pressurized blower, which is an air suction device in the air preheater, passes through the air preheater before entering the combustor, and the air introduced through the pressurized blower exchanges heat with the element element heated by the waste gas discharged from the boiler. By reducing the waste heat of the waste gas by this heat exchange, it is possible to lower the temperature of the exhaust gas and consequently reduce the heat released to the atmosphere, thereby increasing the boiler efficiency. In addition, the combustion efficiency of the fuel is increased and the combustion speed is increased to increase the combustion chamber heat generation rate (Kcal / m 3 hr), reduce the combustion chamber volume, and completely burn the fuel at a low air ratio.
일반적인 열병합 발전 흐름도인 도 1을 참조하면, 보일러(10)에 공급되는 연료 가스는 연소되어 폐가스를 발생시킨다. 보일러(10)에서 배출되는 폐가스는 배출라인(11)을 통해 공기예열기(12)로 공급되고 공기예열기(12) 내의 엘레먼트 소자를 가열시킨다. 공기예열기(12)로 공급되는 공기는 가열된 엘레먼트 소자와 열교환한다. 한편, 보일러(10)에서 배출되는 고압 증기는 증기터빈(13)을 작동시키고 저압 증기로서 배출된다.Referring to FIG. 1, which is a general cogeneration flow chart, the fuel gas supplied to the
다음은 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 공기예열기에 대해 설명하고자 한다.Next, an air preheater according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 종래기술에 따른 공기예열기의 개략 평면도이다.2 is a schematic plan view of an air preheater according to the prior art.
고온의 폐가스와 저온의 외부 공기가 지나가면서 열교환되는 엘레먼트(25)는 공기예열기의 원통형 하우징(24) 내에 상기 하우징(24)을 상하로 구획하도록 고정 위치되고 상기 엘레먼트(25)의 상하에는 엘레먼트(25)를 향하는 면이 개방된 덕트(23)가 상기 엘레먼트(25)의 일부를 덮도록 상기 엘레먼트(25)의 상하에 회전 가능하게 설치된다. 저온의 외부 공기는 덕트(23) 내의 공간을 아래에서 위로 유동하고 그에 해당하는 엘레먼트(25)의 일부를 지난다. 고온의 폐가스는 덕트(23)와 하우징(24) 사이의 공간을 위에서 아래로 유동하고 그에 해당하는 엘레먼트(25)의 나머지 일부를 지난다. 이때, 엘레먼트(25)의 상하에 배열된 덕트(23)는 저속으로 회전하기 때문에 덕트(23)의 반경방향 가장자리 근처의 고온의 폐가스가 지나간 위치를 저온의 외부 공기가 지나가게 된다. 즉, 고온의 폐가스에 의해 가열된 부분의 엘레먼트(25)를 덕트(23)의 이동으로 저온의 외부 공기가 지나가게 되어 저온의 외부 공기는 엘레먼트(25)에 의해 가열된다. 한편, 저온의 외부 공기에 의해 열교환된 상기 부분의 엘레먼트(25)에는 다시 덕트(23)의 회전으로 고온의 폐가스가 지나가고 그로 인해 상기 엘레먼트(25)의 상기 부분은 다시 가열된다.An
이러한 공기예열기를 장시간 연속 운전하면 폐가스에 의해 공기예열기의 전열면인 열교환 플레이트에 그을음, 재, 타르(tar) 등이 축적되어 전열 및 통풍을 저해시킨다. 이러한 문제점을 방지하기 위해 전열면의 퇴적물을 정기적으로 청소하는 그을음 송풍기(21, 22)가 덕트(23)에 부착되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 단분사 노즐 헤드를 구비한 그을음 송풍기(21, 22)는 상부 및 하부 덕트(23)의 외부에 부착되어 있다. 이러한 그을음 송풍기(21, 22)는 그 분사 방식이 증기식으로 구성되어 있고 운전이 용이하다. 덕트(23)에 부착되어 있는 그을음 송풍기(21, 22)는 공기예열기 내부에서 덕트(23)와 함께 회전하여 그에 형성된 단분 사 노즐 헤드를 통하여 증기를 엘레먼트(25)에 분사하여 엘레먼트(25)에 부착된 그을음, 재 등을 제거한다.When the air preheater is continuously operated for a long time, soot, ash, tar, etc. are accumulated on the heat exchanger plate, which is the heat transfer surface of the air preheater, by waste gas, thereby inhibiting heat transfer and ventilation. In order to prevent this problem,
그러나 이러한 단분사 노즐 헤드로 엘레먼트(25)에 증기를 분사할 때, 엘레먼트(25)의 전체 직경이 8000mm이고, 전열면적이 11700㎡이고, 덕트(23) 회전이 1rpm인 점을 감안하면 전체면적에 비해 증기의 분사량이 적어 증기에 의한 그을음의 제거 효과가 미비하다. 공기예열기의 내부 점검시 내부 상태를 살펴보면 엘레먼트(25)에 다량의 그을음, 재, 타르 등이 축적되어 있어 단분사 노즐 헤드로는 그을음 제거 효과를 원하는 대로 얻지 못한다. 이로 인해 막대한 에너지 손실을 초래하고 그을음, 재, 타르 등의 누적시 화재 발생에 의한 설비 사고로 이어지는 문제점 등이 있다.However, when injecting steam to the
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 분사 노즐에서 발생된 증기가 엘레먼트 표면에 전체적으로 미치도록 다중 분사 노즐 헤드가 형성된 그을음 송풍기를 구비한 공기예열기를 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an air preheater with a soot blower in which multiple injection nozzle heads are formed so that the steam generated from the injection nozzles reaches the element surface as a whole to solve the problems of the prior art.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발전소용 열교환기는 하우징과, 상기 하우징의 내부를 상하로 구획하도록 배치되고 유체가 상하로 유동하면서 열교환하는 엘레먼트와, 상하면이 개방되고 상하로 연장되며 상기 엘레먼트의 일부를 덮고 상기 엘레먼트의 상하부에 회전가능하게 설치되어 상기 하우징 내에서 유동하는 고온 및 저온의 유체를 분리 유동하게 하는 덕트와, 그리고 상기 덕트에 연 결되어 상기 엘레먼트에 부착된 이물질을 제거하기 위한 증기를 분사하는 복수 개의 분사 노즐 헤드를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a heat exchanger for a power plant according to the present invention is disposed so as to partition the inside of the housing up and down, and the fluid exchanges heat while the fluid flows up and down, and the upper and lower surfaces are extended and extended up and down. A duct which covers a part and is rotatably installed on the upper and lower parts of the element to separate and flow the high and low temperature fluid flowing in the housing, and vapor for removing the foreign matter attached to the element and attached to the element. It characterized in that it comprises a plurality of injection nozzle head for spraying.
이때, 상기 복수 개의 분사 노즐 헤드는 상기 하우징의 원주방향으로 나란히 이격 배열될 수도 있다.In this case, the plurality of injection nozzle heads may be arranged side by side in the circumferential direction of the housing.
또한, 상기 복수 개의 분사 노즐 헤드는 상기 덕트의 외부에 부착될 수도 있다.In addition, the plurality of spray nozzle heads may be attached to the outside of the duct.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 부재를 지칭한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the accompanying drawings denote like elements.
도 3은 공기예열기에 사용되는 엘레먼트(45)의 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다중 분사 노즐 헤드를 구비한 공기예열기의 평면도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4의 선 A-A 및 선 B-B를 따라 취한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 다중 분사 노즐 헤드의 노즐을 도시한 도면이며, 도 7은 도 4의 덕트를 반시계 방향으로 90도 회전한 상태를 도시한 도면이다.3 is a plan view of an
본 발명에 따른 공기예열기에 사용되는 엘레먼트(45)는 고온의 폐가스와 저온의 외부 공기가 지나가면서 열교환되는 부분으로, 소정의 높이를 갖는 환형의 외부 프레임(31)과, 상기 외부 프레임(31)을 반경 방향 및 원주 방향으로 구획하는 내측 프레임(32, 33)과, 이들 프레임에 의해 구획된 영역 내에 열교환을 위한 복수 개의 열교환 플레이트(34)를 구비한다. 상기 열교환 플레이트(34)는 상기 구획된 영역 내에 격자 형상 또는 주름진 형상의 금속 플레이트들이 수직으로 배열되어, 폐가스 및 외부 공기가 엘레먼트(45)를 수직으로 통과하도록 허용한다. 따라서, 열교환 플레이트(34)를 매개로 고온의 폐가스와 저온의 외부 공기 사이에서 열교환이 일어난다.The
이와 같은 엘레먼트(45)는, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 공기예열기의 원통형 하우징(42) 내에 상기 하우징(42)을 상하로 구획하도록 고정 위치되고 상기 엘레먼트(45)의 상하에는 도면에 도시된 바와 같이 덕트(44)가 상하에 회전 가능하게 설치된다. 도시된 덕트(44)는 그 횡단면이 아령 형상이고, 상하 양단이 개방되고 상하로 연장된 형상이다. 그러나, 이러한 덕트(44)는 엘레먼트를 향하는 면이 개방되고 엘레먼트의 일부만을 덮는다면 어떠한 형상이어도 무관하다.4, 5a and 5b, such an
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 덕트(44)에는 본 발명에 따른 다중 분사 노즐 헤드(41)가 연결된다. 즉, 상기 다중 분사 노즐 헤드(41)는 엘레먼트(45)의 상하면을 향하도록 고온측 및 저온측에 배치된 덕트(44)의 각각에 연결된다. 다중 분사 노즐 헤드(41)는 덕트(44)에 연결됨으로써, 덕트(44)가 회전할 때 다중 분사 노즐 헤드(41) 또한 덕트(44)와 함께 회전한다. 상기 다중 분사 노즐 헤드(41)는 회전할 때 엘레먼트(45)의 모든 부분을 지나도록 각각이 대략 반지름 방향으로 연장 형성된 다수개의 분사 노즐 헤드로 이루어진다. 이들 분사 노즐 헤드는 원주 방향으로 서로 이격되게 배열된 상태에서 서로 접착, 용접 등 다양한 방식으로 연결되어 하나의 다중 분사 노즐 헤드를 이룬다. 분사 노즐 헤드의 개수 및 그들 사이의 이격 거리는 공기예열기의 설계에 따라서 다양하게 변화될 수 있다. 이때, 각각의 분사 노즐 헤드에는 도 6에 도시된 바와 같이 다수 개의 분사 노즐이 길이 방향으로 배열되어 있다.On the other hand, as shown in Figure 4 the
또한, 도 4에서는 본 발명에 따른 다중 분사 노즐 헤드(41)가 덕트(44)의 외부에 부착되어 있지만, 덕트(44) 내부에 설치될 수도 있으며, 내부 및 외부 모두에 설치될 수도 있다.In addition, although the
이와 같이, 종래의 단분사 노즐 헤드에 비해 본 발명에 따른 다중 분사 노즐 헤드가 설치된 공기예열기는 분사 노즐 헤드를 다중으로 구성함으로써 분사 노즐에서 발생된 증기가 단시간 내에 보다 넓은 엘레먼트 표면 전체에 도달하여 그을음과 같은 이물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.As such, the air preheater equipped with the multi-jet nozzle head according to the present invention compared to the conventional single jet nozzle head constitutes multiple jet nozzle heads so that steam generated from the jet nozzle reaches the wider element surface in a short time and is sooted. Foreign substances such as can be removed more effectively.
다음은 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공기예열기의 작동에 대해 설명하고자 한다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 저온의 외부 공기는 하부에서 덕트(44)의 내부를 통해 상부로 공급되고, 고온의 폐가스는 하우징(42)과 덕트(44)의 외부 사이의 공간을 통해 상부에서 공급된다. 상부에서 공급된 고온의 폐가스는 하우징(42)과 덕트(44)의 외부 사이의 공간에 대응하는 부분의 엘레먼트(45)를 가열시킨다. 그 후, 덕트(44)가 회전하면, 덕트(44)를 통해 하부에서 공급된 저온의 외부 공기가 덕트(44)의 회전 전에 폐가스에 의해 가열된 엘레먼트(45) 부분과 열교환한다.Next will be described the operation of the air preheater according to the present invention with reference to the drawings. As shown in FIGS. 4A and 4B, low temperature outside air is supplied from the bottom through the inside of the
즉, 다중 분사 노즐 헤드(41)가 부착된 덕트(44)가 반시계 방향으로 90도 회전되기 전과 회전된 후의 상태를 도시하는 도 4 및 도 7을 참조하면, 덕트(44)의 회전 속도가 1rpm인 것을 감안할 때, 15초 후에 덕트(44)는 약 90도를 회전한다. 덕트(44)가 15초 동안 회전하면, 즉 약 90도 회전하면, 덕트(44)의 내부에 있던 C 영역은 덕트(44)의 외부에 있게 되고 덕트(44)의 외부에 있던 D 부분은 덕트(44)의 내부에 있게 된다. 즉, 도 4에서 C 영역에서는 엘레먼트가 저온의 공기를 가열하고 D 영역에서는 고온의 폐가스가 엘레먼트를 가열한다. 그 후 덕트(44)가 90도 회전하면, C 영역에서는 고온의 폐가스가 엘레먼트를 가열하고 D 영역에서는 엘레먼트가 저온의 공기를 가열한다. 이를 통해 저온의 외부 공기는 고온의 폐가스와 엘레먼트를 매개로 하여 열교환하게 된다.That is, referring to FIGS. 4 and 7 showing the state before and after the
한편, 공기예열기를 장시간 연속 운전하면, 엘레먼트(45)의 전열면 상에 그을음, 재 등의 이물질이 부착되어 엘레먼트의 전열 및 통풍 효과가 저하된다. 이물질을 제거하기 위해 본 발명에 따른 다중 분사 노즐 헤드(41)가 하우징(42)의 원주방향으로 나란히 이격 배열되게 덕트(44)에 부착된다. 다중 분사 노즐 헤드로 인해, 분사 노즐에서 발생된 증기가 엘레먼트의 보다 넓은 영역으로 공급된다. 그 결과, 그을음, 재, 타르와 같은 이물질을 효과적으로 송풍시켜 제거되는 이물질의 양이 증가되어 이물질 제거 효과를 최대로 증가시킬 수 있다.On the other hand, when the air preheater is continuously operated for a long time, foreign substances such as soot and ash adhere to the heat transfer surface of the
본 발명은 특정 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 다양한 변형예 및 수정예가 본원의 특허청구범위의 취지와 범위에서 벗어남이 없이 가능함을 당업자라면 용이하게 인식할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to specific embodiments, those skilled in the art will readily recognize that various modifications and variations of the invention may be made without departing from the spirit and scope of the claims herein.
따라서, 본 발명에 따라 다중 분사 노즐 헤드를 구비한 그을음 송풍기를 제공함으로써 분사 노즐에서 발생된 증기가 보다 넓은 엘레먼트 표면에 분사되어 전열면에 부착되는 그을음, 재, 타르 등을 제거하여 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.Therefore, according to the present invention, by providing a soot blower having multiple spray nozzle heads, steam generated from the spray nozzle is sprayed on a wider element surface to remove soot, ash, tar, etc. adhering to the heat transfer surface, thereby increasing heat exchange efficiency. You can.
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