KR100848870B1 - 저온 부식이 방지된 보일러용 공기 예열기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히팅 튜브 열교환 방식의 보일러용 공기 예열기에 관한 것으로, 공기 주입구와 접하는 튜브 플레이트에 저온측 히팅 튜브를 설치하고 공기 배출구와 접하는 튜브 플레이트에 고온측 히팅 튜브를 설치하여, 상기 공기 주입구에 투입된 외부 공기가 저온측 히팅 튜브 내부를 통과한 후 다시 고온측 히팅 튜브 내부를 통과하여 상기 공기 배출구로 토출되게 하고, 보일러의 배기 가스를 상기 고온측 히팅 튜브 외부와 저온측 히팅 튜브 외부에 순차적으로 접촉하도록 통과시켜 상기 고온측 히팅 튜브 및 저온측 히팅 튜브 내부를 통과하는 공기를 예열하는 보일러용 공기 예열기에 있어서, 상기 저온측 히팅 튜브 하단에는 저온측 히팅 튜브 내경 보다 외경이 작고, 저온측 히팅 튜브의 길이 보다 길이가 짧은 보조 튜브를 삽입하여 고정시킨 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면, 저온측 튜브 플레이트와 저온측 히팅 튜브의 연결부 주변 온도 저하를 최대한 막아 저온 부식을 예방할 수 있고, 외부 공기가 저온측 히팅 튜브의 하단으로 용이하게 유입될 수 있는 효과가 있다.

보일러, 히팅 튜브, 열교환, 공기, 예열

Description

저온 부식이 방지된 보일러용 공기 예열기{AIR PREHEATER FOR BOILER OF WHICH CORROSION IS PROTECTED ON LOW TEMPERATURE PART}

도 1a는 본 발명에 따른 저온 부식이 방지된 보일러용 공기 예열기의 정면도이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 보일러용 공기 예열기의 평단면도이다.

도 1c는 도 1a에 도시된 보일러용 공기 예열기의 정단면도이다.

도 2a는 도 1c의 "A"부분에 대한 확대도이다.

도 2b는 도 1c의 "B"부분에 대한 확대도이다.

1 : 히팅 튜브 3 : 보조 튜브

5 : 튜브 플레이트 7 : 단열 시트

9 : 공기 주입구 11 : 공기 배출구

13 : 지지대 15 : 셀 플레이트

17a, 17b : 크리닝 홀 19, 21 : 덕트

23 : 벽 25 : 에어턴 박스

27 : 바이패스 댐퍼 29 : 바이패스관

본 발명은 보일러의 고온 배기 가스를 이용하여 보일러의 연소(燃燒)에 사용될 공기를 예열시키는 보일러용 공기 예열기에 관한 것으로, 더 상세하게는 저온의 외부 공기를 히팅 튜브 내부에 통과시키고 동시에 보일러의 배기 가스(배기 가스)를 히팅 튜브 외부에 통과시켜, 고온의 배기 가스와 저온의 외부 공기 사이에 열교환이 일어나게 하여 보일러의 연소에 사용될 공기를 예열시키는 히팅 튜브 열교환 방식의 보일러용 공기 예열기에 관한 것이다.

보일러, 특히 산업용 보일러의 버너에서는 연료의 완전 연소를 돕기 위하여, 연소용 공기를 예열하여 투입한다.

연소용 공기 예열기로는 인접한 배기 가스 덕트와 외부 공기 흡입 덕트 중간에 열교환소자를 배치하고 이를 회전시키면서 배기 가스와 외부 공기간에 열교환소자 내에서 열교환이 이루어지게 하는 열교환소자 회전 방식의 공기 예열기와, 배기 가스 덕트 중간에 히팅 튜브를 다수 배열하고, 이 히팅 튜브에 외부 공기를 흡입하여 통과시키면서 배기 가스의 열로 외부 공기를 가열하여 버너에 공급하는 히팅 튜브 열교환 방식의 보일러용 공기 예열기가 사용된다. 본 발명은 이 가운데 특히 히팅 튜브 열교환 방식의 보일러용 공기 예열기에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 히팅 튜브 열교환 방식의 보일러용 공기 예열기는 배기 가스 덕트(19, 21) 중간에 설치되고, 하부에는 외부 공기를 흡입하는 공기 주입구(9)와 가열된 공기를 버너에 공급하는 공기 배출구(11)가 형성되며, 히팅 튜브(1)는 판상의 튜브 플레이트(5)상에 삽입되어 상기 공기 주입구(9) 및 공기 배출구(11) 상부에 배치된다. 상기 튜브 플레이트(5)는 상기 히팅 튜브의 상하단에 마련되어 히팅 튜브들이 일정한 간격을 두고 배치되도록 고정한다. 도 1b를 참조하면, 상기 공기 주입구(9) 상부에 배치된 히팅 튜브(1)를 저온측(L) 히팅 튜브(1)라고 하고, 이 저온측(L) 히티 튜브(1) 하단 내부로는 상기 공기 주입구(9)로 부터 저온의 외부 공기가 투입된다. 또한, 상기 공기 배출구(11) 상부에 배치된 히팅 튜브(1)를 고온측(H) 히팅 튜브(1)라고 하고, 이 고온측(H) 히팅 튜브(1)에서 상기 저온측(L) 히팅 튜브로 투입된 외부 공기와 보일러의 배기 가스 간에 열교환이 대부분 이루어진다. 상기 저온측(L) 히팅 튜브(1) 및 고온측(H) 히팅 튜브(1) 상부에는 에어턴 박스(25)가 마련되어, 상기 저온측(L) 히팅 튜브(1)를 통하여 들어 온 외부 공기를 상기 고온측(H) 히팅 튜브(1)를 통하여 내려 가도록 안내한다.

상술한 구조를 갖는 히팅 튜브 열교환 방식의 보일러용 공기 예열기는 다음과 같은 저온 부식의 문제가 있어 그 개선이 요구되는 실정이다.

상기 공기 주입구(9)로는 저온의 외부 공기가 흡입되는 데, 이 저온의 외부 공기는 저온측 튜브 플레이트(5) 및 이 튜브 플레이트(5)에 삽입된 저온측 히팅 튜브(1) 하단을 저온 상태로 유지시키고, 저온측 튜브 플레이트(5) 및 저온측 히팅 튜브(1) 하단이 저온 상태가 유지되면 저온측 튜브 플레이트(5) 상부 및 저온측 히팅 튜브(1) 하단 외측에 수증기가 응결하여 저온측 튜브 플레이트(5) 및 저온측 히팅 튜브(1) 하단이 쉽게 부식하게 된다. 이러한 저온 부식 문제는 저온의 외부 공기가 최초로 저온측 튜브 플레이트(5) 저면에 접촉하여 주변 열을 빼앗는 데서 야기 될 뿐만 아니라, 저온측 튜브 플레이트(5)가 히팅 튜브(1)의 하단 외면과 직접 면접촉(面接觸)하고 있는 상태에서, 저온측 히팅 튜브(1) 하단 내부에서도 저온의 외부 공기가 튜브 하단 주변열을 빼앗아, 저온측 튜브 플레이트(5)와 히팅 튜브(1) 열결부 주변이 특히 계속적으로 외부 공기의 온도에 가까운 낮은 온도를 유지할 수 밖에 없는 데서 야기되는 것이다.

상술한 종래 히팅 튜브 열교환 방식의 보일러용 공기 예열기가 갖는 저온 부식 문제를 해결하고자 안출된 본 발명은 저온측 튜브 플레이트와 저온측 히팅 튜브의 연결부 주변 온도 저하를 최대한 막아 저온 부식을 예방할 수 있는 보일러용 공기 예열기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부 공기가 저온측 히팅 튜브의 하단으로 용이하게 유입될 수 있는 보일러용 공기 예열기를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명은 공기 주입구와 접하는 튜브 플레이트에 저온측 히팅 튜브를 설치하고 공기 배출구와 접하는 튜브 플레이트에 고온측 히팅 튜브를 설치하여, 상기 공기 주입구에 투입된 외부 공기가 저온측 히팅 튜브 내부를 통과한 후 다시 고온측 히팅 튜브 내부를 통과하여 상기 공기 배출구로 토출되게 하고, 보일러의 배기 가스를 상기 고온측 히팅 튜브 외부와 저온측 히팅 튜브 외부에 순차적으로 접촉하도록 통과시켜 상기 고온측 히팅 튜브 및 저온측 히팅 튜브 내부를 통과하는 공기를 예열하는 보일러용 공기 예열기에 있어서, 상기 저온측 히팅 튜브 하단에는 저온측 히팅 튜브 내경 보다 외경이 작고, 저온측 히팅 튜브의 길이 보다 길이가 짧은 보조 튜브를 삽입하여 고정시킨 것을 특징으로 한다.

상기 저온측 히팅 튜브 및 그 내부에 삽입된 보조 튜브는 그 하단을 동시에 확관하여 서로 고정시킨 것이 바람직하다.

상기 저온측 히팅 튜브가 삽입된 튜브 플레이트 하면에는 단열 시트를 부착하여 저온의 외부 공기에 의하여 튜브 플레이트가 냉각되는 것을 차단하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 저온 부식이 방지된 보일러용 공기 예열기의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1a는 본 발명에 따른 저온 부식이 방지된 보일러용 공기 예열기의 정면도를, 도 1b는 도 1a에 도시된 보일러용 공기 예열기의 평단면도를, 도 1c는 도 1a에 도시된 보일러용 공기 예열기의 정단면도를, 도 2a는 도 1c의 "A"부분에 대한 확대도를, 도 2b는 도 1c의 "B"부분에 대한 확대도를 각각 나타낸다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 저온 부식이 방지된 보일러용 공기 예열기는 보일러 버너의 배기 가스를 덕트(19)를 통하여 유입시켜 버너의 연소에 사용할 공기를 가열하는 데 사용한다. 이를 위해 본 발명에 따른 공기 예열기는 그 일측이 배기 가스 주입측 덕트(19)에 연결되고, 타측이 배기 가스 배출측 덕트(21)에 열결된다. 또한, 본 발명에 따른 공기 예열기의 하부에는 외부 공기를 주입하는 공기 주입구(9)와 가열된 공기를 보일러의 버너에 보내는 공기 배출구(11)가 마련된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 공기 주입구(9)와 공기 배출구(11) 사이에는 바이패스관(29) 및 바이패스 댐퍼(27)를 마련하여, 외부에서 주입된 공기의 일부는 열교환을 위하여 히팅 튜브(1)에 투입하고 나머지는 그대로 공기 배출구(11)로 통과시켜, 가열된 공기와 가열되지 않은 공기의 혼합 공기가 보일러의 버너에 투입되게 할 수 있다.

본 발명에 따른 공기 예열기에서 공기의 가열은 히팅 튜브(1)에서 이루어진다. 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 덕트(19, 21) 사이에는 튜브 플레이트(5)에 삽입된 히팅 튜브(1)가 길이 방향으로 다수 배치되는 데, 그 가운데 일부는 그 하단이 상기 상기 공기 주입구(9)에 연결되고, 나머지는 상기 공기 배출구(11)에 연결된다. 상술한 바와 같이 공기 주입구(9)에 연결된 히팅 튜브(1)들을 저온측 히팅 튜브라고 하고 공기 배출구(11)에 연결된 히팅 튜브(1)들을 고온측 히팅 튜브라고 한다. 상기 히팅 튜브(1)의 상부에는 에어턴 박스(25)가 마련되어 상기 저온측(L) 히팅 튜브(1)를 지나온 공기가 상기 고온측(H) 히팅 튜브(1)로 유입되도록 유도한다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 히티 튜브(1)의 전후면은 배기 가스의 진행 경로를 형성하는 벽(23)이 설치되고, 그 벽(23) 외면에는 단열 및 강도 보강을 위해 셀 플레이트(15)를 부착한다. 상기 벽(23) 및 셀 플레이트(15)를 관통하는 크리닝 홀(17a)과, 상기 에어턴 박스(25)의 내부로 관통하는 크리닝 홀(17b)과, 급속 공기를 내부에 주입할 수 있는 숫 블로워(31)를 마련하여 히팅 튜브(1)에 쌓인 분진을 제거할 수 있다.

도 1c를 참조하면, 상기 공기 주입구(9)에 투입된 저온의 외부 공기가 저온측(L) 히팅 튜브(1) 내부를 통과한 후, 에어턴 박스를 경유하여, 다시 고온측(H) 히팅 튜브(1) 내부를 통과하면서, 배기 가스 주입측 덕트(19)를 통하여 들어온 고온의 배기 가스에 의하여 가열되고, 가열된 공기는 공기 배출구(11)를 통하여 보일러의 버너로 배출되는 데, 이 때 대부분은 열교환은 고온의 배기 가스가 최초로 접촉하는 고온측(H) 히팅 튜브(1)에서 이루어진다. 고온측(H) 히팅 튜브(1)를 지안 배기 가스의 잔여열은 저온측(L) 히팅 튜브(1)를 지나는 외부 공기를 가열한다. 따라서, 저온측(L) 히팅 튜브(1)의 주변을 통과하는 공기도 어느 정도의 열기를 가지고 있기 때문에 포화수증기량이 비교적 크다.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 특징은 상기 저온측(L) 히팅 튜브(1) 하단에 저온측 히팅 튜브 내경 보다 외경이 작고, 저온측 히팅 튜브의 길이 보다 길이가 짧은 보조 튜브(3)를 삽입하여 고정시킨 데 있다. 본 발명의 다른 특징은 상기 저온측(L) 히팅 튜브(1) 및 그 내부에 삽입된 보조 튜브(3)의 하단을 동시에 확관하여 상기 저온측(L) 히팅 튜브(1)의 하단과 보조 튜브(3)의 하단이 서로 고정됨과 동시에 저온의 외부 공기가 튜브 플레이트에 접촉하는 면적을 최소화하고 동시에 외부 공기가 상기 히팅 튜브(1)로 용이하게 유입되게 한 데 있다. 그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 저온측(L) 히팅 튜브(1) 상단이나 고온측(H) 히팅 튜브(1) 상하단은 보조 튜브(3)를 삽입할 필요가 없다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 저온측(L) 히팅 튜브(1)가 삽입된 튜브 플레이트(5) 하면에는 단열 시트를 부착하여 저온의 외부 공기가 튜브 플레이트(5)를 냉각시키는 것을 차단시키는 것이 바람직하다. 상기 단열재로는 다양한 것을 사용할 수 있으나, 특히 리플렉섬(reflextherm)(프랑스 리플렉섬사의 반사단열재 상품명임)은 매우 낮은 열전도율을 가지는 유리섬유의 양표면에 열반사 성능이 있는 알미늄층을 위치시킨 반사단열재로써 기존 단열재에 비해 얇으며 완전 불연성의 열반사성을 가질 뿐만 아니라, 불연성 물질이므로 불에 타지 않아 상기 튜브 플레이트(5) 하면에 부착할 단열재로 적합하다.

다시 도 1c를 참조하면, 상기 저온측(L) 히팅 튜브(1) 및 튜브 플레이트(5)가 상술한 구조를 가질 경우, 저온의 외부 공기는 보조 튜브(3)를 따라 튜브 플레이트(5)로 부터 상당한 거리 만큼 떨어진 지점의 히팅 튜브 내부에 투입되고, 튜브 플레이트(5) 하면도 저온의 외부 공기와 직접 접촉하지 않게 되므로, 저온측(L) 히팅 튜브(1)와 튜브 플레이트(5)의 연결부 주변에서 집중적으로 일어나는 냉각을 예방할 수 있게 되고, 결과적으로 튜브 플레이트(5) 상면 및 저온측(L) 히팅 튜브(1) 하부에서의 수증기 응결을 최소화시켜 저온 부식을 막을 수 있게 된다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 저온측 튜브 플레이트와 저온측 히팅 튜브의 연결부 주변 온도 저하를 최대한 막아 저온 부식을 예방할 수 있고, 외부 공기가 저온측 히팅 튜브의 하단으로 용이하게 유입될 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 공기 주입구와 접하는 튜브 플레이트에 저온측 히팅 튜브를 설치하고 공기 배출구와 접하는 튜브 플레이트에 고온측 히팅 튜브를 설치하여, 상기 공기 주입구에 투입된 외부 공기가 저온측 히팅 튜브 내부를 통과한 후 다시 고온측 히팅 튜브 내부를 통과하여 상기 공기 배출구로 토출되게 하고, 보일러의 배기 가스를 상기 고온측 히팅 튜브 외부와 저온측 히팅 튜브 외부에 순차적으로 접촉하도록 통과시켜 상기 고온측 히팅 튜브 및 저온측 히팅 튜브 내부를 통과하는 공기를 예열하는 보일러용 공기 예열기에 있어서,

   상기 저온측 히팅 튜브가 삽입된 튜브 플레이트 하면에는 단열 시트를 부착한 것을 특징으로 저온 부식이 방지된 보일러용 공기 예열기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 저온측 히팅 튜브 하단에는 저온측 히팅 튜브 내경 보다 외경이 작고, 저온측 히팅 튜브의 길이 보다 길이가 짧은 보조 튜브를 삽입하여 고정시킨 것을 특징으로 하는 저온 부식이 방지된 보일러용 공기 예열기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 저온측 히팅 튜브 및 그 내부에 삽입된 보조 튜브는 그 하단을 동시에 확관하여 서로 고정시킨 것을 특징으로 하는 저온 부식이 방지된 보일러용 공기 예열기.

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