KR100661117B1 - 순환 유동층 보일러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 열교환기의 전열관에 발생하는 부식을 저감시킬 수 있는 순환 유동층 보일러에 관한 것이다. 본 발명의 순환 유동층 보일러는, 연료를 베드재(11)와 함께 유동화시키면서 연소시키는 화로(2)와, 화로(2) 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스가 인도되고 상기 배기 가스 중에 포함되는 입자를 포집하기 위한 싸이클론(3)과, 싸이클론(3)에서 포집된 입자가 최초로 도입되는 탈리 루프(13)와, 상기 입자 사이에서 열교환을 행하는 외부 열교환기(6)를 구비한 것에 있어서, 탈리 루프(13)를 설치하여 상기 입자 내의 미연소된 연료를 연소시킴으로써 부식성 요인 물질의 외부 열교환기로의 유입을 방지한다.

Description

순환 유동층 보일러{Circulating fluidized bed boiler}
도 1은 본 발명의 순환 유동층 보일러의 제1의 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 순환 유동층 보일러의 제2의 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 순환 유동층 보일러를 나타내는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2...화로 3...싸이클론
4...실링 박스 5...전열관
6...외부 열교환기 13...탈리(脫離) 루프
본 발명은 일반 폐기물이나 폐기물의 고형화 연료(RDF, RPF) 등의 염소 등 부식성 요인 성분을 포함하는 연료를 베드재와 함께 유동화시키면서 연소시키고, 또한 베드재를 순환시키는 형식의 순환 유동층 보일러에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 순환 유동층 보일러는, 도 3에 도시한 바와 같이, 화로(2)와, 상기 화로(2) 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스가 인도되고 그 배기 가스 중에 포함되는 입자를 포집하기 위한 싸이클론(3)과, 상기 싸이클론(3)에서 포집된 입자가 도입되는 실링 박스(4)와, 상기 실링 박스(4) 하류에, 상기 입자와 전열관(5) 사이에서 열교환을 행하는 외부 열교환기(6)를 구비하고 있다.
화로(2)는, 수냉의 로벽(2a)에 의해 형성되어 있고, 화로(2)의 바닥부에는 유동용 공기(A)를 로 내로 도입하여 유동 상태를 형성하는 공기 분산 노즐(7)이 설치되어 있다. 싸이클론(3)은 화로(2)의 상부와 접속되어 있고, 또한 싸이클론(3)의 상부는 화로(2) 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스가 인도되는 후부전열부(8)와 접속되고, 싸이클론(3)의 하부는 포집된 입자를 도입하는 실링 박스(4)와 접속되어 있다.
후부 전열부(8)에는 배기 가스의 열회수를 행하기 위한 전열부가 설치되어 있다.
실링 박스(4)의 바닥부에는 유동용 공기(B)를 공기 분산판(9)으로부터 상방으로 도입시키기 위한 송풍실(10)이 형성되어 있고, 또한 상기 실링 박스(4)로부터 입자는 외부 열교환기(6)로 인도되어, 여기에 설치된 전열관(5)에서 입자와의 열교환이 행해진다.
상기와 같은 순환 유동층 보일러에 있어서는, 화로(2) 내에서 공기 분산 노즐(7)로부터 도입되는 유동용 공기(A)에 의해, 공기 분산 노즐(7) 상에 투입되는 연료를 모래나 재, 또는 석회석 등으로 이루어지는 베드재(11)와 함께 유동화시키면서 연소시켜 발전용 증기 터빈(미도시) 등에 공급하는 증기를 발생시킨다.
또한 화로(2) 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스에 의해 불어 올려진 입자는 싸이클론(3)에서 포집되어 실링 박스(4)로 도입된다. 그리고, 실링 박스(4)에 도입된 입자는, 유동용 공기(B)에 의해 버블링되고, 외부 열교환기(6)의 전열관(5)과의 열교환에 의해 발열되어 냉각된 후, 덕트(12)를 통하여 화로(2)의 바닥부로 되돌려져 순환된다.
또한, 화로(2) 내에서 석회에 의한 탈황을 행하게 함과 동시에, 재의 용융에 의한 베드재(11)의 유동 저해를 방지하기 위하여 화로(2) 내에 있어서의 연소 온도는 약 850∼900℃ 정도로 제어되어 있다.
상술한 바와 같은 종래의 순환 유동층 보일러에 있어서, 외부 열교환기(6)의 전열관(5)에는 입자 중에 포함되는 염소에 의한 고온 부식이 발생한다는 문제가 있었다.
즉, 순환 입자 중에는 염소를 포함하는 미연소된 연료가 존재하고, 그 연료는, 실온이 약 900℃인 실링 박스(4) 내의 분위기 중에서, 순환 입자의 유동화 혹은 이동층 형성을 위한 유동용 공기(B)를 도입함으로써 연소되고, 황산염을 포함하는 용융성 염류가 과열기관(5)의 고온부에 응축 부착되며, 또한 부식성이 있는 염소 가스 등의 할로겐 가스가 발생하여 고온 부식이 생긴다.
본 발명은, 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 외부 열교환기의 과열기관에 발생하는 부식을 저감시킬 수 있는 순환 유동층 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 연료를 베드재와 함께 유동화시키면서 연소시키는 화로와, 상기 화로 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스가 인도되고, 상기 배기 가스 중에 포함되는 입자를 포집하기 위한 싸이클론과, 상기 싸이클론에서 포집된 입자가 도입되는 실링 박스와, 상기 실링 박스 하류에 상기 입자와 전열관의 사이에서 열교환을 행하는 외부 열교환기를 구비한 순환 유동층 보일러로서, 상기 실링 박스 내에 외부 열교환기로 부식성 요인 물질이 도입되는 것을 방지하는 장치인 탈리(脫離) 루프를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 순환 유동층 보일러에 의하면, 화로 내에 있어서 연료를 베드재와 함께 유동화시키면서 연소시키고, 연소에 의해 발생한 배기 가스에 의해 불어 올려진 입자는 싸이클론에서 포집되어 탈리 루프 내로 도입된 후, 입자 중의 미연소된 연료를 유동용 공기에 의해 연소시키고, 여기서 부식성 요인 물질을 방출시켜, 외부 열교환기로 들어 가기 전에, 상부에 설치한 덕트에서 화로로 인도함으로써, 외부 열교환기의 전열관의 고온 부식을 저감시킬 수 있게 된다. 따라서, 순환 입자 중의 미연소된 연료는 탈리 루프 내에서 연소되어 전열관이 설치되는 외부 열교환기로의 유입이 억제되기 때문에, 외부 열교환기 내에서의 배기 가스의 발생이 억제되어 전열관의 부식을 저감시킬 수 있으며, 그 전열관의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 탈리 루프에는, 그 루프 내에서 도입 공기에 의한 연소에 의해 발생하는 부식 요인 물질을 상기 실링 박스의 외부로 배출하는 덕트 또는 배관 등의 유로를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 순환 유동층 보일러에 의하면, 탈리 루프에서 발생한 부식성 배기 가스는, 외부 열교환기에는 도입되지 않고 외부로 배출되기 때문에, 전열관에 접촉되는 부식성 가스의 양을 억제할 수 있어서 전열관의 부식을 저감시킬 수 있으며, 상기 전열관의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한 상기 유로는 상기 화로와 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 순환 유동층 보일러에 의하면, 탈리 루프에서 발생한 배기 가스는, 화로 내로 배출되므로 전열관에 접촉되는 부식성 가스의 양을 억제할 수 있어서 전열관의 부식을 저감시킬 수 있으며, 상기 전열관의 수명을 연장 가능하게 된다.
또한 본 발명은, 상기 실링 박스가 복수의 구획으로 분할되어 있고, 이들 복수의 구획 중, 가장 상류에 탈리 루프를 설치하고, 이 구획 보다 하류의 구획을 화로와 접속한 것이다.
이에 따라, 탈리 루프를 경유한 배기 가스를 화로로 인도할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도시예를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태를 나타내는 도면이고, 도 1 중 도 3과 동일한 구성의 부재에는 동일한 부호를 부여하였다.
제1의 실시 형태에서의 순환 유동층 보일러(1)는, 화로(2)와, 상기 화로(2) 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스가 인도되고 그 배기가스 중에 포함되는 입자를 포집하기 위한 싸이클론(3)과, 상기 싸이클론(3)에서 포집된 입자가 도입되는 탈리 루프(13)와, 탈리 루프(13)와 일체 구성된 외부 열교환기(6)를 구비하고 있다.
화로(2)는, 수냉의 로벽(2a)에 의해 형성되어 있고, 화로(2)의 바닥부에는 유동용 공기(A)를 로 내에 도입하는 공기 분산 노즐(7)이 설치되어 있다. 싸이클론(3)은 화로(2)의 상부와 접속되어 있고, 또한 싸이클론(3)의 상부는 화로(2) 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스가 인도되는 후부 전열부(8)와 접속되고, 싸이클론(3)의 하부는 포집된 입자를 도입하는 탈리(脫離) 루프(13)와 접속되어 있다.
후부 전열부(8)에는 배기 가스의 열 회수를 수행하기 위한 전열부가 설치되어 있다.
탈리 루프(13)와 외부 열교환기(6)의 바닥부에는 유동용 공기(B)를 공기 분산판(9)으로부터 상방으로 분출시키기 위한 송풍실(10)이 형성되어 있고, 외부 열교환기 내에서는 유동층 상태가 형성되고, 여기에 설치된 전열관(5)에서 입자와의 열교환이 행해진다.
본 실시 형태의 특징은, 싸이클론(3)에서 포집된 입자가 최초로 도입되는 탈리 루프(13)와, 전열관(5)이 설치되는 열교환기(6)로 구성되고, 탈리 루프(13)에서 순환 입자를 적극적으로 연소시키고, 상부에 설치한 부식성 가스 덕트(14)를 통해 연소 가스를 화로(2)로 인도하는 구성으로 하고 있다. 상기 부식성 가스 덕트(14)는, 상기 탈리 루프 내에서 도입 공기에 의한 연소에 의해 발생하는 부식 요인 물질을 상기 화로로 배출하기 위해 탈리 루프의 상부와 상기 화로를 접속시키는 유로로서 마련된 것이다. 탈리 루프 후, 입자는 외부 열교환기(6)로 도입되고, 전열관과 열교환 후, 덕트(12)를 통하여 화로(2)의 바닥부로 되돌려진다.
이어서, 상기 도시예의 작용에 대하여 설명하기로 한다.
화로(2) 내에서 공기 분산 노즐(7)로부터 분출되는 유동용 공기(A)에 의해, 공기 분산 노즐(7) 위로 투입되는 연료를, 모래나 재, 또는 석회석 등으로 이루어지는 베드재(11)와 함께 유동화시키면서 연소시켜 발전용 증기 터빈(미도시) 등으로 공급하는 증기를 발생시킨다.
또한, 화로(2) 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스에 의해 불어 올려진 입자는 싸이클론(3)에서 포집되어 탈리 루프(13)로 도입된다. 상기 탈리 루프(13) 내로 도입된 입자는, 송풍실(10)로부터의 유동용 공기(B)의 분출에 의해, 유동을 개시한다.
그리고, 탈리 루프(13) 내에 있어서, 순환 입자 중에 포함되는 미연소된 연료가 연소되고, 용융성 염류나 부식성의 할로겐 가스 등의 배기 가스가 발생하여 상기 탈리 루프(13)의 상부로 인도된다. 발생한 배기 가스는, 배기 가스용 덕트(14)를 통과하여 화로(2) 내로 도입된다.
또한, 순환 입자는, 외부 열교환기(6)의 전열관(5)과의 열교환에 의해 열을 빼앗긴 후, 덕트(12)를 통하여 화로(2)의 바닥부로 되돌려져 순환된다.
이와 같이, 순환 입자 중의 미연소된 연료는, 탈리 루프(13) 내에서 연소되어 전열관(5)이 설치되는 열교환기(6)로 유입되는 일이 없기 때문에, 열교환기(6) 내에서의 배기 가스의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 탈리 루프(13)에서 발생한 배기 가스는, 부식성 가스 덕트(14)를 통하여 화로(2) 내로 배출되기 때문에, 열교환기(6)로의 유입이 억제되어 전열관(5)의 부식을 저감시킬 수 있다.
도 2는, 본 발명의 제2의 실시 형태를 나타내는 도면으로, 도 2에서 도 1과 동일한 구성의 부재에는 동일한 부호를 부여하였다.
본 실시형태에 있어서의 순환 유동층 보일러(1)는, 기본적인 구성은 도 1에 나타낸 제1의 실시 형태와 같지만, 본 실시형태의 특징은, 싸이클론(3) 하부로부터 분기되어 순환 입자를 직접 화로(2)의 바닥부로 되돌리는 분기덕트(15)를 갖는 점에 있다.
본 실시형태의 순환 유동층 보일러(1)는, 분리덕트(15)를 통과하여 화로(2)로 되돌아오는 순환 입자와, 외부 열교환기(6)를 통과하여 화로(2)로 되돌아오는 순환 입자의 비율을 조정함으로써 화로(2) 내의 연소 온도를 조정하는 것이다. 이러한 순환 유동층 보일러(1)에 있어서도, 제1의 실시 형태와 같은 작용·효과가 발휘된다.
본 발명은 상기 실시형태들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
예컨대, 상기 실시형태에서는, 하나의 실링 박스(4) 내에 연소를 행하는 탈리 루프(13)를 일실(一室)로 하였지만, 일실에 한정되는 것은 아니며 복수개 설치해도 된다.
본 발명의 순환 유동층 보일러에 의하면, 외부 열교환기의 과열기관에 발생하는 부식을 저감시킬 수 있으며, 전열관의 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. 연료를 베드재와 함께 유동화시키면서 연소시키는 화로와, 상기 화로 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스가 유도되고 그 배기가스 중에 포함되는 입자를 포집하기 위한 싸이클론과, 상기 싸이클론에서 포집된 입자가 도입되는 실링 박스와, 상기 실링 박스 하류에 상기 입자와 전열관의 사이에서 열교환을 행하는 외부 열교환기를 구비한 순환 유동층 보일러에 있어서,
    상기 실링 박스 내에 외부 열교환기로 부식성 요인 물질이 도입되는 것을 방지하는 장치로 이루어지는 탈리(脫離) 루프를 가지며,
    상기 실링 박스는 복수의 영역으로 구획되며, 이들 구획 중 가장 상류에 위치하는 구획에 상기 탈리 루프가 마련되고,
    상기 탈리 루프 내에서 도입 공기에 의한 연소에 의해 발생하는 부식 요인 물질을 상기 실링박스의 외부로 배출하기 위하여, 상기 탈리 루프의 상부와 상기 화로를 접속시키는 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 탈리 루프는 상기 싸이클론의 하방에 설치된 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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