KR100756527B1

KR100756527B1 - 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관

Info

Publication number: KR100756527B1
Application number: KR1020070038053A
Authority: KR
Inventors: 황경순
Original assignee: 황경순
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2007-09-10

Abstract

본 발명은 석탄미분기로부터 석탄회 배출기로 이어지는 이송경로 상의 굴곡진 경로 상에 접속된 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관에 관한 것으로서, 내부의 유로가 길이방향을 따라 굴곡지게 형성된 하우징의 내벽에 세라믹 접착제에 의해 부착된 다수의 세라믹 라인닝을 구비하고, 세라믹 라인닝은 Al₂O₃ 85중량%, ZnO 2중량%, MgO 2중량%, Na₂O₃ 2중량%, 규회석 1중량%, ZrO₂ 2중량%, Li₂O 2중량%, SiC 2중량%, TiO₂ 1중량%, CaO 1 중량%의 성분비로 혼합된 세라믹 조성물을 성형 및 소성하여 형성되고, 세라믹 접착제는 Al₂O₃ 67중량%, TiO₂ 10중량%, CaO 4중량%, 점토 3중량%, 벤토나이트 3중량%, ZrO₂ 7중량%, Na₂O 2중량%, B₂O₃ 4중량퍼센트의 성분비로 혼합된 혼합물 100중량부에 대해 5 내지 10중량부의 물을 투입하여 슬러리 형태로 형성된 것을 하우징에 도포한 후 세라믹 라인닝을 접착하고 경화시킨다. 이러한 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관에 의하면, 내부 유로의 곡률 변화에 관계없이 소성시의 변형율이 적은 세라믹 라인닝이 내벽에 접합되어 있어, 마모 및 단독 분리를 억제할 수 있으면서도 열적 안정성을 향상시키고 제조가 용이한 장점을 제공한다.

Description

화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관{bendy pipe of transfering dust coal and fly ash for thermal power plant}

도 1은 본 발명에 따른 굴곡 이송관이 적용되는 화력발전소의 연료 이송계통을 개략적으로 나타내 보인 도면이고,

도 2는 도 1의 엘보우 타입 굴곡 이송관을 발췌하여 나타내 보인 사시도이고,

도 3은 도 2의 엘보우 타입 굴곡 이송관의 일부를 절단하여 도시한 부분 절단 사시도이고,

도 4는 도 3의 세라믹 라인닝을 확대하여 도시한 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 화력발전장치 40: 엘보우 타입 굴곡 이송관

41: 하우징 45: 세라믹 라인닝

46: 접착층

본 발명은 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관에 관한 것으 로서, 상세하게는 이송중인 미분탄과 석탄회의 충돌에 의한 마모 및 박리를 억제할 수 있도록 구조된 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관에 관한 것이다.

석탄을 주원료로 이용하는 화력발전소는 미세하게 분말화된 석탄(이하 미분탄이라 한다)을 공기와 함께 공급하여 보일러에서 연소시키고, 보일러 내에 배관된 수관속의 물을 증기화시켜 터어빈을 회전시킴으로써 발전할 수 있도록 되어 있다. 이러한 화력발전소는 통상적으로 석탄을 미세한 크기의 미분탄으로 분쇄하여 연료 공급관을 통해 공급하는 석탄 미분기와, 이송관을 통해 공기를 공급하는 송풍기 및 이송관을 통해 이송되는 미분탄과 공기의 혼합물을 공급받아 연소시키는 보일러를 구비한다. 또한, 미분탄의 연소에 의해 생성된 석탄회를 이송관을 통해 이송하여 집진 및 고형화한 후 배출할 수 있도록 되어 있다.

또한, 보일러의 화염이 역류하는 것을 방지하도록 연료 이송관과 보일러 사이에는 미분탄 및 공급 공기의 유속을 가속시켜 보일러로 공급할 수 있도록 보일러로 진행될 수 록 내부 유로가 점진적으로 좁아지게 형성된 트랜지션 유니트가 마련되어 있다.

이러한 화력발전장치에서 석탄 미분기로부터 트랜지션 유니트까지 연료를 공급하는 이송관은 경로에 따라 직선형 이송관과 곡선형 즉, 엘보우 타입 이송관이 상호 결합된 구조로 되어 있다.

그런데, 엘보우 타입 이송관은 통상 원형 유로를 갖되 내부 유로가 굴곡지게 형성되어 있어, 가속되는 미분탄의 내벽과의 충돌에 의해 내벽이 쉽게 마모가 된 다.

한편, 알루미나와 같은 세라믹 소재는 열충격 및 입자 충돌에 대해서도 마모가 적은 소재로서 알려져 있다.

또한, 대부분의 세라믹 타일은 알루미나(Al₂O₃ )를 주성분으로 하고, SiO₂ , 장석, MgO, CaO, K₂O, 석회석 등을 용도에 맞는 마모성 등을 고려하여 선택적으로 첨가하여 소성한 것이 적용된다.

그런데, 종래의 세라믹 타일의 경우 대부분 곡률이 없는 판형으로 제작되기 때문에 곡률을 갖는 부분에는 적용하기 어렵다. 또한, 곡률 변화가 상호 다른 부분에 각각 적용하고자 해당 곡률에 대응되게 세라믹소재로 성형하여 소성하는 경우 16%정도로 수축되고, 곡선에 따른 수축률이 곡률에 따라 큰 편차로 달라지기 때문에 실질적으로 원하는 곡률을 갖는 형태의 제작이 용이하지 않은 문제점이 있다.

또한, 종래의 세라믹 타일은 기동시나 정상 가동시의 이송되는 연료의 온도 차이에 의한 열적 변화의 반복에 의해 균열이 가거나 파손되는 문제점도 있다.

이러한 문제점 때문에 국내 등록실용신안 제0193838호에는 이송관 내의 유로가 좁아지거나 굴곡진 부분 중 세라믹 타일을 부착할 수 없는 곡면부분과 협소한 곳에 비정질 전이금속을 용접에 의해 내벽을 마감처리한 용접부를 갖는 구조가 개시되어 있다.

그런데, 상기 전이금속은 세라믹에 비해 융점이 낮고, 용접과정을 거쳐 부착하여야 하기 때문에 제작 공정이 복잡한 문제점이 있다.

이러한 문제점은 보일러에서 발생되는 석탄회를 이송하기 위한 이송관 중 굴곡진 이송관 예들 들면 옐보우 타입 이송관, 티자(T)형 이송관, 와이자(Y)형 이송관 및 레듀샤형 이송관에도 동일한 마모가 발생되기 때문에 이에 대한 개선이 요구된다.

한편, 세라믹 타일을 금속재의 하우징에 접합시 마모 이전에 하우징으로부터 박리되는 것을 억제시키기 위해서는 접착력을 강화할 수 있는 세라믹용 접착제가 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 세라믹소재를 이용하여 이송대상 입자인 미분탄 및 석탄회의 굴곡진 부분에서의 충돌에 의한 마모를 억제시킬 수 있고, 접합력을 강화시켜 내벽으로부터 박리되는 것을 억제시킬 수 있는 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관은 석탄 미분기에서 분쇄 처리된 미분탄과 공기의 혼합물을 트랜지션 유니트를 거쳐 보일러 내에 공급하고, 상기 보일러 내에서 상기 미분탄이 연소된 후 발생되는 석탄회를 배출하도록 상기 석탄미분기로부터 상기 석탄회 배출기로 이어지는 이송 경로상의 굴곡진 경로 상에 접속된 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관에 있어서, 내부의 유로가 길이방향을 따라 굴곡지게 형성된 하우징과; 상기 하우징의 내벽에 세라믹 접착제에 의해 부착된 다수의 세라믹 라인닝;을 구비하고, 상기 세라믹 라인닝은 Al₂O₃ 85중량%, ZnO 2중량%, MgO 2중량%, Na₂O₃ 2중량%, 규회석 1중량%, ZrO₂ 2중량%, Li₂O 2중량%, SiC 2중량%, TiO₂ 1중량%, CaO 1 중량%의 성분비로 혼합된 세라믹 조성물을 성형 및 소성하여 형성되고, 상기 세라믹 접착제는 Al₂O₃ 67중량%, TiO₂ 10중량%, CaO 4중량%, 점토 3중량%, 벤토나이트 3중량%, ZrO₂ 7중량%, Na₂O 2중량%, B₂O₃ 4중량퍼센트의 성분비로 혼합된 혼합물 100중량부에 대해 5 내지 10중량부의 물을 투입하여 슬러리 형태로 형성된 것을 상기 하우징에 도포한 후 상기 세라믹 라인닝을 접착하고 경화시킨다.

바람직하게는 상기 하우징은 금속소재로 형성되고, 상기 세라믹 라인닝은 내측으로 인입된 끼움홈이 일측에 형성되어 있고, 타측에는 인접된 세라믹 라인닝의 끼움홈에 끼움결합될 수 있는 끼움돌기가 형성되어 있으며, 상기 세라믹 라인닝들은 상기 하우징의 내주면을 따라 상기 끼움홈과 상기 끼움돌기에 의해 상호 끼움 결합되어 상기 하우징의 내벽에 접합된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 굴곡 이송관이 적용되는 화력발전소의 연료 이송계통의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 화력발전장치(10)는 석탄미분기(12), 트랜지션 유니트(60), 보일러(70), 집진기(90) 및 이송관(30)(40)(50)(80)을 구비한다.

석탄 미분기(12)는 원탄공급관을 통해 투입된 석탄을 미세한 크기의 미분탄으로 분쇄한다.

이송관(30)(40)(50)(80)은 석탄 미분기(12)로부터 보일러(70)를 거쳐 집진기(90) 및 저회 처리조(100)로 이어지는 경로상에 미분탄 및 석탄회를 이송할 수 있도록 설치되어 있다.

석탄미분기(12)로부터 트랜지션 유니트(60) 사이에 결합되어 공기와 함께 혼합된 미분탄을 이송하는 이송관(30)(40)(50)을 구분하면 제1직선형 이송관(30), 엘보우 타입 굴곡 이송관(40) 및 제2직선형 이송관(50)으로 되어 있다.

송풍기(20)는 외부공기를 제1직선형 이송관(30)을 통해 송풍에 의해 공급할 수 있도록 설치되어 있다.

제2직선형 이송관(50)의 종단에는 공기와 미분탄이 혼합된 연료를 분기시키는 트랜지션 유니트(60)가 접속되어 있다.

엘보우 타입 굴곡 이송관(40)은 제1직선형 이송관(30)과 제2직선형 이송관(50) 사이에 접속되어 있다.

엘보우 타입 굴곡 이송관(40)은 굴곡진 원형 유로를 갖는 구조로 되어 있고, 도 2 내지 도 4를 함께 참조하여 설명한다.

엘보우 타입 굴곡 이송관(40)은 하우징(41)과, 다수의 세라믹 라인닝(45)으로 되어 있다.

하우징(41)은 금속소재로 형성되는 것이 바람직하다.

하우징(41)의 양단은 제1직선형 이송관(30)과 결합될 수 있게 나사결합용 플 랜지(42)(48)를 갖는 형상으로 형성되어 있다. 이와는 다르게 하우징(41)의 양단 또는 일단은 직선형 연료 이송관(30)(40)과 끼움결합에 의해 단차진 형상의 결합부를 갖도록 형성될 수 있음은 물론이다.

하우징(41) 내의 내부 유로(43)는 원형으로 굴곡지게 형성되어 있다.

세라믹 라인닝(45)은 하우징(41)의 내벽에 세라믹 접착제(46)에 의해 부착되어 있다.

세라믹 라인닝(45) 들은 하우징(41)의 내벽을 마감처리할 수 있도록 하우징(41)의 내면을 다수의 섹터영역으로 분할하였을 때 각 섹터 영역의 곡률에 대응되는 형상으로 각각 형상된 것을 적용한다. 이 경우 하우징(41) 내벽을 따라 부착되는 세라믹 라인링(45) 들은 적용되는 섹터 영역의 곡률에 따라 형상이 상호 다를 수 있다.

바람직하게는 세라믹 라인닝(45)은 하우징(41)의 내부 유로의 진행방향에 대해서는 양단이 상호 나란하고, 내주방향에 대응되는 상면 및 저면은 내벽의 곡률에 대응되게 휜 형태로 형성된 것이 적용된다. 즉, 세라믹 라인닝(45)은 상면 및 저면이 굴곡지되 가장자리 라인은 사각 라인을 갖는 구조가 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 세라믹 라인닝(45)은 도 4에 확대 도시된 바와 같이 내측으로 인입된 끼움홈(45a)이 일측에 형성되어 있고, 타측에는 인접된 세라믹 라인닝(45)의 끼움홈(45a)에 끼움결합될 수 있는 끼움돌기(45b)가 형성되어 있다.

이러한 세라믹 라인닝(45)들은 하우징(41)의 내주면을 따라 끼움홈(45a)과 끼움돌기(45b)에 의해 상호 끼움 결합되어 하우징(41)의 내벽에 세라믹 접착제에 의해 접합된다. 이 경우 세라믹 라인닝(45)의 상호 결합력이 강화되어 단독으로 하우징(41)으로부터 분리되는 것을 억제시킬 수 있다. 이와는 다르게 세라믹 라인닝(45)은 끼움홈(45a)과 끼움돌기(45b)가 생략되고 측면이 수직하게 형성되어 상호 밀접되게 하우징(41)에 부착하는 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 세라믹 라인닝(45)은 원하는 곡률형태로 성형된 이후 소성하였을 때 수축에 의한 형상의 변화가 억제될 수 있는 세라믹 조성물로 형성된다. 또한 세라믹 라인닝(45)은 열팽창율이 적은 소재로 형성된다.

이러한 조건을 만족하는 세라믹 라인닝(45)용 세라믹 조성물은 Al₂O₃ 85중량%, ZnO 2중량%, MgO 2중량%, Na₂O₃ 2중량%, 규회석(Wollastonite) 1중량%, ZrO₂ 2중량%, Li₂O 2중량%, SiC 2중량%, TiO₂ 1중량%, CaO 1 중량%의 성분비로 혼합된 세라믹 조성물을 적용한다.

여기서, 산화아연(ZnO) 및 산화 마그네슘(MgO)는 세라믹 라인닝(45)의 열팽창계수를 작게 하는 기능을 하고, 산화나트륨(Na₂O₃)은 성형 강도를 증가시키는 기능을 한다. 또한, 규회석은 소성시 강도를 증가시키고 열충격에 대한 저항성을 증가시키며, 지르코니아(ZrO₂)는 수축을 억제시키고, 온도상승 및 냉각시의 급격한 열적변화에 의한 체적 변화를 억제시키는 기능을 한다. 리듐(Li₂O)은 열팽창시 제품의 균열을 억제시키고, 탄화규소(SiC)는 수축율 및 열적변형을 감쇠시키는 기능을 한다. 산화티탄(TiO₂)은 열팽창을 억제시키는 기능을 하며, 산화칼슘(CaO)는 제품의 성형강도를 증가시킨다.

세라믹 라인닝(45)은 이러한 세라믹 조성물을 압축 성형하여 원하는 형상으로 가공한 다음 1700℃에서 소성한 것을 적용한다. 세라믹 조성물의 압축 성형시 윤활제 예를 들면 올레인산을 세라믹 조성물 100중량부에 대해 1 내지 2중량부로 첨가하여 성형하는 것이 바람직하다.

이러한 세라믹 라인닝(45)은 성형된 상태에서 소성후의 수축율이 4 내지 5% 이내로 억제되기 때문에 곡률을 갖는 형상을 원하는 형태로 큰 편차 없이 제조가 가능한 장점이 있다.

한편, 상기 세라믹 라인닝(45)과 하우징(41)의 내벽 사이에는 세라믹 라인닝(45)을 하우징(41)의 내벽에 접합하기 위해 적용된 세라믹 접착제로 형성된 접착층(46)이 형성되어 있다.

접착층(46)에 적용되는 세라믹 접착제는 세라믹 접착제는 1300℃의 고온에서도 열적 변형이 없이 세라믹 라인닝(45)과 하우징(41) 사이의 결합력을 유지할 수 있는 것이 적용된다. 또한 세라믹 라인닝(45)과 열팽창계수가 유사한 성분으로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 요구사항을 만족시키기 위해 적용되는 세라믹 접착제는 Al₂O₃ 67중량%, TiO₂ 10중량%, CaO 4중량%, 점토 3중량%, 벤토나이트 3중량%, ZrO₂ 7중량%, Na₂O 2중량%, B₂O₃ 4중량퍼센트의 성분비로 상호 혼합된 혼합물 100중량부에 대해 물 5 내지 10중량부를 투입하여 슬러리 형태로 형성된 것을 적용한다.

이러한 슬러리 형태로 된 세라믹 접착제는 상온에서 일정시간 예를 들면 24시간 정도 지나면 경화된다.

세라믹 접착제는 사용시 상기 혼합물 100중량부에 대해 1 내지 3중량부의 경화제가 투입될 수 있다.

이러한 세라믹 접착제는 하우징(41)의 내벽에 도포한 후 세라믹 라인닝(45)을 접착하고 경화시키면 된다.

한편, 보일러(70)에서 석탄회 배출기로 적용된 집진기(90) 또는 저회 처리조(100)로 이어지는 이송경로상에 설치된 이송관 중 굴곡진 경로를 갖는 Y자형 굴곡 이송관(80)도 앞서 도 2 내지 도 4를 통해 설명된 세라믹 라인닝(45)과 세라믹접착제를 대응되는 형상의 하우징 내에 접합한 구조가 적용되고, 저회 처리조(100)로 이어지는 석탄회 이송경로상 또는 저회처리조(100)로부터 슬러리 수집시설로 이어지는 굴곡진 경로에도 적용되면 된다.

여기서 슬러리는 석탄회를 이송하기 위해 해수 또는 물에 침적상태로 이송할 때의 점액상태의 물질을 말한다.

한편, 도시되지는 않았지만, 미분탄, 석탄회 및 슬러리 이송경로상의 굴곡진 경로상에 설치되는 티자(T)형 이송관, 레듀샤형 이송관에도 대응되는 형상의 하우징 내에 앞서 설명된 세라믹 라인닝을 세라믹 접착제로 부착한 것을 적용하면 된다.

지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관에 의하면, 세라믹 라인닝의 단독 분리를 억제시킬 수 있고, 내부 유로의 곡률 변화에 관계없이 소성시의 변형율이 적은 세라믹 라인닝으로 내벽에 접합되어 있어, 열적 안정성 및 마모를 억제할 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있고 제조가 용이한 장점을 제공한다.

Claims

석탄 미분기에서 분쇄 처리된 미분탄과 공기의 혼합물을 트랜지션 유니트를 거쳐 보일러 내에 공급하고, 상기 보일러 내에서 상기 미분탄이 연소된 후 발생되는 석탄회를 배출하도록 상기 석탄미분기로부터 석탄회 배출기로 이어지는 이송 경로상의 굴곡진 경로 상에 접속된 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관에 있어서,

내부의 유로가 길이방향을 따라 굴곡지게 형성된 하우징과;

상기 하우징의 내벽에 세라믹 접착제에 의해 부착된 다수의 세라믹 라인닝;을 구비하고,

상기 세라믹 라인닝은

Al₂O₃85중량%, ZnO 2중량%, MgO 2중량%, Na₂O₃ 2중량%, 규회석 1중량%, ZrO₂ 2중량%, Li₂O 2중량%, SiC 2중량%, TiO₂ 1중량%, CaO 1 중량%의 성분비로 혼합된 세라믹 조성물을 성형 및 소성하여 형성되고,

상기 세라믹 접착제는

Al₂O₃ 67중량%, TiO₂ 10중량%, CaO 4중량%, 점토 3중량%, 벤토나이트 3중량%, ZrO₂ 7중량%, Na₂O 2중량%, B₂O₃ 4중량퍼센트의 성분비로 혼합된 혼합물 100중량부에 대해 5 내지 10중량부의 물을 투입하여 슬러리 형태로 형성된 것을 상기 하우징에 도포한 후 상기 세라믹 라인닝을 접착하고 경화시킨 것을 특징으로 하는 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 금속소재로 형성되고,

상기 세라믹 라인닝은

내측으로 인입된 끼움홈이 일측에 형성되어 있고, 타측에는 인접된 세라믹 라인닝의 끼움홈에 끼움결합될 수 있는 끼움돌기가 형성되어 있으며,

상기 세라믹 라인닝들은 상기 하우징의 내주면을 따라 상기 끼움홈과 상기 끼움돌기에 의해 상호 끼움 결합되어 상기 하우징의 내벽에 접합된 것을 특징으로 하는 화력발전소의 미분탄 및 석탄회 이송용 굴곡 이송관.