KR100883146B1 - 유동층 보일러 내열성 열전대 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄(무연탄)을 이용하는 화력발전소 유동층 보일러의 연소로 온도검출용 내열성 열전대에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 화력발전소 보일러의 연소로(B)의 온도를 감지하여 전류로서 출력하는 열전대 소선(sheath)(110)과, 연소로(B) 내부에 위치하는 열전대 소선(110)을 보호하도록 상기 열전대 소선(110)을 내설하는 보호관(120)과, 상기 열전대 소선(110)이 상기 보호관(120) 내부에서 내설되도록 고정지지하며 케이블단자(131)가 구비되어 있는 단자블록(130)과, 상기 단자블록(130)을 내설하고 상기 케이블단자(131)에 접속되는 케이블(C1)이 통과하는 케이블통공(140a)이 형성되며 상기 보호관(120)과 결합하여 상기 보호관(120)을 고정하는 열전대 헤드(140)와, 상기 보호관(120)의 외주면에 구비되어서 연소로(B)에 내열성 열전대(100)를 장착하기 위한 플랜지(150)를 포함하여 구성되는 화력발전소 보일러의 연소로 온도검출용 내열성 열전대에 있어서, 상기 보호관(120)은, 상기 열전대 소선(110)을 내설하여, 연소로(B) 내에서 상기 열전대 소선(110)이 용융되는 것을 방지하기 위한 내열성 보호관(122)과, 상기 내열성 보호관(122)으로부터 이격되어 내열성 보호관(122)을 외포하여 상기 내열성 보호관(122)이 연소로(B) 내부의 황가스에 의해서 부식되는 것을 방지하기 위한 보호 외관(126)과, 상기 보호 외관(126)의 내면에 접합되어서, 상기 보호 외관(126)이 균열하는 경우에 연소로(B) 내부의 황가스에 의해서 상기 내열성 보호관(122)이 부식되는 것을 방지하기 위한 중간 보호관(124)으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의 하면, 제품의 수명을 연장하여 보일러의 안정적인 온도제어가 가능하여 궁극적으로 안정적인 발전 운용을 달성할 수 있는 이점이 있다.

화력발전, 열전대, 연소로, 측온, 황가스, 부식, 내열, 용융

Description

유동층 보일러 내열성 열전대{A Thermocouple for A Flowing Bed Boiler}

본 발명은 석탄(무연탄)을 이용하는 화력발전소 유동층 보일러의 연소로 온도검출용 내열성 열전대에 관한 것으로서, 특히 보호관을 내부식성, 내열성 및 내황가스성을 동시에 구현할 수 있는 3중 구조로 구현함으로써, 제품 수명을 연장하여 교체 주기를 장기화하여 보일러의 안정적인 온도제어가 가능하도록 하여 궁극적으로 안정적인 발전 운용을 달성할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 유동층 보일러 내열성 열전대에 관한 것이다.

일반적으로 석탄(무연탄) 화력을 이용하는 화력발전소 유동층 보일러는 산화질소화합물 생성 억제 및 클링커(Clinker) 생성 억제와 탈황효과를 극대화하기 위하여 연소로의 온도제어를 실시하고 있고, 이러한 유동층 보일러의 연소로 내부의 온도를 검출하기 위하여 내열성 열전대가 사용되고 있다.

도 1에는 종래기술에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대의 구성도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대(1)는, 화력발전소 보일러의 연소로(B)의 온도를 감지하여 전류로서 출력하는 열전대 소선(sheath)(11)과, 연소로(B) 내부에 위치하는 열전대 소선(11)을 보호하도록 상기 열전대 소선(11)을 내설하는 보호관(12)과, 상기 열전대 소선(11)이 상기 보호관(12) 내부에서 내설되도록 고정지지하며 케이블단자(13a)가 구비되어 있는 단자블록(13)과, 상기 단자블록(130)을 내설하고 상기 케이블단자(13a)에 접속되는 케이블(C1)이 통과하는 케이블통공(14a)이 형성되며 상기 보호관(12)과 결합하여 상기 보호관(12)을 고정하는 열전대 헤드(14)와, 상기 보호관(12)의 외주면에 구비되어서 연소로(B)에 내열성 열전대(1)를 장착하기 위한 플랜지(15)를 포함하여 구성되고, 사용상태에 따라서는 상기 열전대 헤드(14)와 보호관(12)을 연결하기 위한 연결관(16)이 더 포함되어서 구성될 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대(1)는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래의 보호관(12)은 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 단일 구조로서 1100~1500도 고온에서 견디기 위해서 니켈을 주성분으로 하는 금속합금으로 구성하였는데, 이렇게 니켈을 주성분으로 하는 금속합금의 경우에는 연소로(B)에서 배출되는 황가스에 의해서 부식되는 문제점이 있었다. 특히 유동층 보일러의 경우에는 황가스와 같은 유체의 흐름에 의해서 더욱 쉽게 부식된다.

이와 같이 보호관(12)이 황가스에 부식되어서 수 개월 내에 수명을 다하기 때문에 내열성 열전대(1)를 자주 교체하여야만 했었다.

그런데, 화력발전소 유동층 보일러의 특성상 종래의 내열성 열전대(1)는 장기 정지시에만 교체가 가능하고, 연소로 내의 압력이 정압인 관계로 운전 중에는 내열성 열전대(1)의 교체가 불가능하며, 주말 정지시에도 베드 미디어(Bed Media) 유출로 인하여 교체가 불가능하였다.

그리고, 안정적인 전력공급을 위해서는 안정적인 발전 운용이 필요하고 이를 위해서는 보일러 내부의 안정적인 온도유지가 중요한데, 상기와 같이 종래 기술에 의한 경우에는 안정적이고도 지속적인 온도의 측정 및 제어가 어려워서 안정적인 발전 운용을 달성할 수 없다는 치명적인 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로, 본 발명에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대의 목적은, 내부식성과 내열성 및 내황가스성을 동시에 구현할 수 있도록 보호관을 3중 구조로 구현함으로써, 내부식성, 내열성 및 내황가스성을 동시에 구현하여 수명(사용기간)을 연장할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 유동층 보일러 내열성 열전대를 제공하는 데 있다.

본 발명에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대의 다른 목적은, 내부식성, 내열성 및 내황가스성을 동시에 구현하여 수명을 연장함으로써, 열전대의 교체 주기를 장기화하여 유동층 보일러의 안정적인 온도검출이 가능하도록 하여 궁극적으로 안정적인 발전 운용을 달성할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 유동층 보일러 내열성 열전대를 제공하는 데 있다.

본 발명에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대의 또 다른 목적은, 내열성 보 호관과 중간 보호관 사이에 에어갭을 형성하고 에어갭과 연통하도록 가스배출공을 형성함으로써, 3중 구조의 보호관 내부에서 발생하는 가스를 원활하게 배출할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 유동층 보일러 내열성 열전대를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 유동층 보일러 내열성 열전대는, 화력발전소 보일러의 연소로의 온도를 감지하여 전류로서 출력하는 열전대 소선(sheath)과, 연소로 내부에 위치하는 열전대 소선을 보호하도록 상기 열전대 소선을 내설하는 보호관과, 상기 열전대 소선이 상기 보호관 내부에서 내설되도록 고정지지하며 케이블단자가 구비되어 있는 단자블록과, 상기 단자블록을 내설하고 상기 케이블단자에 접속되는 케이블이 통과하는 케이블통공이 형성되며 상기 보호관과 결합하여 상기 보호관을 고정하는 열전대 헤드와, 상기 보호관의 외주면에 구비되어서 연소로에 내열성 열전대를 장착하기 위한 플랜지를 포함하여 구성되는 화력발전소 보일러의 연소로 온도검출용 내열성 열전대에 있어서, 상기 보호관은, 상기 열전대 소선을 내설하여 연소로 내에서 상기 열전대 소선이 용융되는 것을 방지하기 위한 내열성 보호관과, 상기 내열성 보호관으로부터 이격되어 내열성 보호관을 외포하여 상기 내열성 보호관이 연소로 내부의 황가스에 의해서 부식되는 것을 방지하기 위한 보호 외관과, 상기 보호 외관의 내면에 접합되어서, 상기 보호 외관이 균열하는 경우에 연소로 내부의 황가스에 의해서 상기 내열성 보호관이 부식되는 것을 방지하기 위한 중간 보호관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 유동층 보일러 내열성 열전대는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 3중 구조의 보호관에 의해서, 내부식성, 내열성 및 내황가스성을 동시에 구현할 수 있고, 그 결과 수명(사용기간)을 연장할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 내부식성, 내열성 및 내황가스성을 동시에 구현하여 수명을 연장함으로써, 열전대의 교체 주기를 장기화하여 유동층 보일러의 안정적인 온도 검출이 가능하고, 그 결과 안정적인 발전 운용을 달성할 수 있는 효과가 있다.

즉, 유동층 보일러 연소로 내부의 황가스에 영향이 없는 온도 검출과 황가스 등의 산화가스로부터 부식되지 않아서 유동층 보일러의 안정적인 온도 검출을 구현할 수 있어서 안정적인 발전 운용을 달성할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 내열성 보호관과 중간 보호관 사이에 에어갭을 형성하고 에어갭과 연통하도록 가스배출공을 형성함으로써, 3중 구조의 보호관 내부에서 발생하는 가스를 원활하게 배출할 수 있는 효과가 있다.

다음은 본 발명인 유동층 보일러 내열성 열전대의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대의 구성 도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 외관 사시도가 도시되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대(100)는, 화력발전소 보일러의 연소로(B)의 온도를 검출하기 위한 것으로서, 화력발전소 보일러의 연소로(B)의 온도를 감지하여 전류로서 출력하는 열전대 소선(sheath)(110)과, 연소로(B) 내부에 위치하는 열전대 소선(110)을 보호하도록 상기 열전대 소선(110)을 내설하는 보호관(120)과, 상기 열전대 소선(110)이 상기 보호관(120) 내부에서 내설되도록 고정지지하며 케이블단자(131)가 구비되어 있는 단자블록(130)과, 상기 단자블록(130)을 내설하고 상기 케이블단자(131)에 접속되는 케이블(C1)이 통과하는 케이블통공(140a)이 형성되며 상기 보호관(120)과 결합하여 상기 보호관(120)을 고정하는 열전대 헤드(140)와, 상기 보호관(120)의 외주면에 구비되어서 연소로(B)에 내열성 열전대(100)를 장착하기 위한 플랜지(150)를 포함하여 구성되는 화력발전소 보일러의 연소로 온도검출용 내열성 열전대에 있어서, 상기 보호관(120)은 내열성 보호관(122)과 보호 외관(126)과 중간 보호관(124)의 3중 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대(100)는, 사용상태에 따라서는 상기 열전대 헤드(110)와 보호관(120)을 연결하기 위한 연결관(160)이 더 포함되어서 구성될 수 있다.

상기 내열성 보호관(122)은 열전대 소선(110)을 내설하여, 연소로(B) 내에서 1100~1500도의 고온에서 상기 열전대 소선(110)이 용융되는 것을 방지하기 위한 구성이다.

상기 내열성 보호관(122)은 본원발명의 출원 전에 공지된 다양한 금속합금을 채용하여 1100~1500도의 고온에서 열전대 소선(110)이 녹는 것을 방지할 수 있는데, 예컨대 '하스트로이-X(Hastelloy-X)'에 의해서 구현될 수 있을 것이다.

상기 중간 보호관(124)은 상기 내열성 보호관(122)으로부터 이격되고 상기 보호 외관(126)의 내면에 접합되어서, 상기 보호 외관(126)이 연소로(B) 내부에서 연소되는 고형체(예컨대 석탄)와의 충격에 의해서 균열하는 경우에 연소로(B) 내부의 황가스가 내열성 보호관(122)으로 침투하는 것을 방지하여 황가스에 의해서 상기 내열성 보호관(122)이 부식되는 것을 방지하기 위한 구성이다.

상기 보호 외관(126)은 상기 중간 보호관(124)의 외면에 접합되어서 상기 내열성 보호관(122)을 외포하고, 상기 내열성 보호관(122)이 연소로(B) 내부의 황가스에 의해서 부식되는 것을 방지하기 위한 구성이다.

상기 중간 보호관(124)과 보호 외관(126)은 본원발명의 출원 전에 공지된 다양한 금속합금을 채용하여 황가스에 의해서 내열성 보호관(122)이 부식되는 것을 방지할 수 있고, 바람직하게는 니켈이 함유되지 않거나(즉, 니켈이 배제되거나) 니켈이 극히 소량(예컨대 0.1중량% 이하)으로 함유된 금속합금에 의해서 구성될 수 있는데, 예컨대 '스테인레스계열 446'에 의해서 구현될 수 있을 것이다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대(100)에 있어서, 수축과 팽창으로 인하여 보호관(120) 내부에서 발생하는 가스를 모을 수 있도록, 내열성 보호관(122)과 중간 보호관(124) 사이에는 에어갭(air gap)(123a)이 형성되고, 상기 에어갭(123a)에 모인 가스를 외부로 배출할 수 있도록 상기 에 어갭(123a)에 연통되어서 가스배출공(123b)이 상기 중간 보호관(124)과 보호 외관(126)에 관통 형성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 의한 보호관(120)은 3중관 구조로 되어 있고, 이 3중관 구조의 보호관(120)은 고온의 연소로(B) 내부에 설치되므로, 측온 과정에서 물성이 다른 내열성 보호관(122)과 중간 보호관(124) 및 보호 외관(126)은 수축과 팽창을 반복하면서 가스(핫가스)를 발생시키는데, 이 가스를 배출시키지 않으면 보호관(120)의 변형 폭발 등의 문제가 발생하므로 이를 배출시키기 위한 구성이 필요하고, 이 역할을 담당하는 것이 에어갭(123a)과 가스배출공(123b)이다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 내열성 보호관(122)과 중간 보호관(124)은 열전대 헤드(140) 방향의 일측 단부에서 용접(welding)(w1)에 의해서 접합되고, 따라서 에어갭(123a)의 열전대 헤드(140) 방향의 일측 단부가 상기 용접(w1)에 의해서 마감되어서 에어갭(123a) 내의 가스는 가스배출공(123b)을 통해서만 외부로 배출된다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 보호 외관(126)은 연소로(B)에만 구비되도록 상기 플랜지(150)의 내측면(150a)에서 종단되고, 상기 플랜지(150)는 상기 중간 보호관(124)에 외삽 설치되어서 상기 중간 보호관(124)에 대하여 연소로(B)에 삽입되는 연소로삽입부(124')와 외부에 노출되는 노출부(124'')로 구획하고, 상기 가스배출공(123b)은 상기 중간 보호관(124)의 노출부(124'')에 관통 형성되는 것을 특징으로 한다.

다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 유동층 보일러 내열성 열전대의 작용에 대하여 기술한다.

연소로 내부가 1100~1500도의 고온을 유지하는 경우에도 상기 내열성 보호 관(122)의 구성에 의해서 열전대 소선(110)을 보호할 수 있고, 연소로(B) 내부에서 유동하는 황가스 유체의 흐름이 발생하는 경우에도 상기 보호 외관(126) 및 중간 보호관(124)의 구성에 의해서 내열성 보호관(122)이 부식되는 것을 방지할 수 있고, 또한 연소로(B) 내부에서 석탄 등의 고형체에 의한 충격이 보호 외관(126)에 작용하여 보호 외관(126)에 균열이 발생하더라도 상기 중간 보호관(124)의 구성에 의해서 황가스가 내열성 보호관(122)으로 침투하는 것을 차단하게 된다.

상기의 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

도 1은, 종래기술에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대의 요부 구성도이다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 의한 유동층 보일러 내열성 열전대의 요부 구성도이다.

도 3은, 도 2의 외관 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 ; 본 발명에 의한 열전대

110 ; 열전대 소선 120 ; 보호관

122 ; 내열성 보호관 123a ; 에어갭

123b ; 가스배출공 124 ; 중간 보호관

126 ; 보호 외관 130 ; 단자블록

131 ; 케이블단자 140 ; 열전대 헤드

140a; 케이블통공 150 ; 플랜지

C1 ; 케이블 160 ; 연결관

B ; 화력발전소 유동층 보일러의 연소로

Claims (3)

1. 삭제
2. 화력발전소 보일러의 연소로(B)의 온도를 감지하여 전류로서 출력하는 열전대 소선(sheath)(110)과, 연소로(B) 내부에 위치하는 열전대 소선(110)을 보호하도록 상기 열전대 소선(110)을 내설하는 보호관(120)과, 상기 열전대 소선(110)이 상기 보호관(120) 내부에서 내설되도록 고정지지하며 케이블단자(131)가 구비되어 있는 단자블록(130)과, 상기 단자블록(130)을 내설하고 상기 케이블단자(131)에 접속되는 케이블(C1)이 통과하는 케이블통공(140a)이 형성되며 상기 보호관(120)과 결합하여 상기 보호관(120)을 고정하는 열전대 헤드(140)와, 상기 보호관(120)의 외주면에 구비되어서 연소로(B)에 내열성 열전대(100)를 장착하기 위한 플랜지(150)를 포함하여 구성되는 유동층 보일러 내열성 열전대에 있어서:

   상기 보호관(120)은,

   상기 열전대 소선(110)을 내설하여, 연소로(B) 내에서 상기 열전대 소선(110)이 용융되는 것을 방지하기 위한 금속합금제의 내열성 보호관(122)과,

   상기 내열성 보호관(122)으로부터 이격되어 내열성 보호관(122)을 외포하여 상기 내열성 보호관(122)이 연소로(B) 내부의 황가스에 의해서 부식되는 것을 방지하기 위한 금속합금제의 보호 외관(126)과,

   상기 보호 외관(126)의 내면에 접합되어서, 상기 보호 외관(126)이 균열하는 경우에 연소로(B) 내부의 황가스에 의해서 상기 내열성 보호관(122)이 부식되는 것을 방지하기 위한 금속합금제의 중간 보호관(124)으로 구성되는 것을 특징으로 하고,

   상기 중간 보호관(124)과 보호 외관(126)은, 연소로(B) 내부의 황가스에 의해서 내열성 보호관(122)이 부식되는 것을 방지할 수 있도록, 그 구성성분 중 니켈의 비율이 0.1중량% 이하의 금속합금인 것을 특징으로 하고,

   수축과 팽창으로 인하여 보호관(120) 내부에서 발생하는 가스를 모을 수 있도록, 상기 내열성 보호관(122)과 중간 보호관(124) 사이에는 에어갭(air gap)(123a)이 형성되고,

   상기 에어갭(123a)에 모인 가스를 외부로 배출할 수 있도록, 상기 에어갭(123a)에 연통되어서 가스배출공(123b)이 상기 중간 보호관(124)과 보호 외관(126)에 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러 내열성 열전대.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 보호 외관(126)은 연소로(B)에만 구비되도록 상기 플랜지(150)의 내측면(150a)에서 종단되고,

   상기 플랜지(150)는 상기 중간 보호관(124)에 외삽 설치되어서 상기 중간 보호관(124)에 대하여 연소로(B)에 삽입되는 연소로삽입부(124')와 외부에 노출되는 노출부(124'')로 구획하고,

   상기 가스배출공(123b)은 상기 중간 보호관(124)의 노출부(124'')에 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러 내열성 열전대.

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