KR100888552B1 - 배연탈황설비용 열교환기 - Google Patents

배연탈황설비용 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 화력발전소 습식 배연탈황설비에 사용되는 열교환기에 관한 것으로, 열교환기의 열소자를 기체의 흐름과 수직하게 배열하여 기체와 열소자 사이의 접촉면적을 넓히도록 한 배연탈황설비용 열교환기에 관한 것이다.
본 발명은 외형을 이루는 케이스 내부에 다발형의 열소자가 적층되고, 상기 열소자의 상부에서 보일러 연료기체가 유입되고 동시에 하부에서 흡수탑의 연료기체가 유입되는 배연탈황설비용 열교환기에 있어서, 상기 열소자 각각은 상기 케이스 내부에 수평으로 배치된 상태로 소정의 스페이스가 형성되게 적층되고, 길이 방향으로 다수의 관통홈이 형성되어 열소자의 표면에 대하여 수직방향으로 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 접촉상태로 상기 관통홈을 통과하면서 열교환이 이루어지도록 구성되어, 단위부피당 무게를 저감하면서 열교환 효율을 높일 수 있게 한 것이다.
배연탈황설비, 열교환기, 예열기, 슈트블로워, 에나멜 열소자

Description

배연탈황설비용 열교환기{A heat exchanger for flue gas desulfurization system}
본 발명은 화력발전소 습식 배연탈황설비에 사용되는 열교환기에 관한 것으로, 열교환기의 열소자를 기체의 흐름과 수직하게 배열하여 기체와 열소자 사이의 접촉면적을 넓히도록 한 배연탈황설비용 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 화력발전소에는 습식 배연탈황설비의 열교환 즉 보일러에서 나온 고온의 배연과 탈황처리된 저온의 기체사이의 열교환을 위하여 기체-기체 예열기(Gas-Gas Heater, 이하, GG 예열기라 함)가 사용되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, GG 예열기(100)는 외형을 이루는 케이스(110) 내부에 열소자(heating elements;120)가 장착되어 있고, 상기 열소자(120)의 상부에서 보일러 연료기체가 유입되고 동시에 하부에서 흡수탑의 연료기체가 유입되도록 되어 있다. 여기서, 상기 열소자(120)는 케이스(110) 내부에서 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체에 측면이 접촉하도록 다발(bundle) 형태로 배치되어 열교환을 수행하는 기능을 하게 된다.
도 2a 도시된 바와 같이, 상기 열소자(120)는 외형이 파형을 이루도록 형성되어 있다. 그리고, 도 2b와 같이 각각의 열소자(120)는 이웃하는 열소자와 산과 산이 맞닿도록 조립됨으로써 열교환 효율을 높임과 동시에 기류에 휩쓸리지 않도록 구성되어 있다. 한편, 열소자(120)는 내식성을 높이기 위해 소자 양면에 유리질의 에나멜이 코팅되어 있다.
결국, 열소자(120)는 전체 다발이 일체로 배치되어 일정한 속도로 회전함에 따라 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 열소자에 교대로 접촉하면서 열교환이 이루어지게 된다.
이와 같은 종래의 GG 예열기(100)는 기류와 평행한 방향으로 열소자(120)가 배열되어 있기 때문에 열소자(120)와 기체 사이의 접촉면적이 작아서 열교환 효율이 낮으며, 효율을 높이기 위해 셀의 밀도(단위 면적당 열소자수 또는 부피당 열소자 무게)가 높아지는 단점이 있다.
또한, 종래의 GG 예열기(100)는 열소자(120)와 기체 사이의 접촉면적을 높이기 위해 외형이 파형으로 형성되어 있기 때문에 에나멜 코팅 공정시 제작할 때, 불균일을 초래함과 동시에 단위셀로 조립할 때 열소자 사이의 접촉으로 에나멜 코팅층에 종종 균열이 발생되는 문제가 있었다.
한편, 석회석 슬러지를 흡수제로 사용하는 습식 배연탈황설비의 경우, 흡수탑에서 생성된 석고가 완벽히 제거되지 않고 유입하게 되면 배연의 회성분과 결합하여 GG 예열기(100)의 내부 및 열소자(120)의 표면에 견고하게 스케일로 성장하게 된다. 이러한 스케일은 도 2c에 도시된 바와 같이, 열소자(120)의 전영역에 위치에 무관하게 쌓이며, 이로 인해 열소자의 열교환율은 저하되고 배연의 흐름이 방해되는 등 운전에 지장을 초래한다. 또한, 부식방지를 위한 에나멜 코팅의 물리적, 화학적으로 손상을 입혀 코팅의 수명을 낮추고 설비재질의 부식을 증가시키기도 한다.
기존의 배연탈황설비에서는 세척장치인 슈트블로워(soot blower)를 이용하여 주기적으로 열소자(120)의 스케일을 세척하여 제거하고 있으나, 열소자(120)의 표면에 견고하게 고착된 스케일을 제거하기가 쉽지 않은 것은 물론이고, 스케일을 제거하기 위해 슈트블로워의 증기압력을 높이면 도 2c와 같이, 열소자(120)의 특정부위(흡수탑에서 나온 기체가 처음 접하는 모서리부분)가 손상되는 문제점이 있었다. 또한, 열소자(120)는 일부분이 손상되더라도 동일 셀의 열소자 전체가 손상되기 쉬우며, 손상된 열소자로 인하여 타설비에도 좋지 않은 영향을 미치게 되었다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, GG 예열기의 열소자가 기류와 수직하게 접촉하도록 구성함으로써 단위부피당 무게를 저감하면서 열교환 효율을 높일 수 있고, 배연과 탈황기체가 직접 접촉되는 것을 차단하여 스케일의 생성을 억제하는 것은 물론 생성된 스케일을 용이하게 제거할 수 있는 배연탈황설비용 열교환기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외형을 이루는 케이스 내부에 다발형의 열소자가 적층되고, 상기 열소자의 상부에서 보일러 연료기체가 유입되고 동시에 하부에서 흡수탑의 연료기체가 유입되는 배연탈황설비용 열교환기에 있어서, 상기 열소자 각각은 상기 케이스 내부에 수평으로 배치된 상태로 일정 스페이스가 형성되게 적층되고, 길이 방향으로 다수의 관통홈이 형성되어 열소자의 표면에 대하여 수직방향으로 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 접촉상태로 상기 관통홈을 통과하면서 열교환이 이루어지도록 구성되어 있다.
그리고, 본 발명은 외형을 이루는 케이스 내부에 다발형의 열소자가 적층되고, 상기 열소자의 상부에서 보일러 연료기체가 유입되고 동시에 하부에서 흡수탑의 연료기체가 유입되는 배연탈황설비용 열교환기에 있어서, 상기 열소자 각각은 상기 케이스 내부에 수평으로 배치된 상태로 일정 스페이스가 형성되게 적층되고, 길이 방향으로 다수의 관통홈이 형성되되, 그 관통홈의 선단부를 따라 안쪽으로 절곡턱이 형성되어, 열소자의 표면에 대하여 수직방향으로 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 접촉상태로 상기 관통홈을 통과할 때 와류를 발생되면서 열교환이 이루어지도록 구성되어 있다.
본 발명에 따른 배연탈황설비용 열교환기에 의하면, 수직형 열소자를 가진 열교환기가 기류의 수평방향으로 열소자가 배열되어 있기 때문에 열소자-기체 사이의 접촉면적을 넓혀 열교환 효율을 높게 할 수 있게 되고, 동시에 단위셀의 밀도를 낮추어 열교환기를 경량화할 수 있게 된다. 또한, 기존의 열소자와는 같이 파형의 열소자를 사용하지 않기 때문에, 에나멜 코팅 공정시에 불균일을 초래하거나 셀조립시 열소자 사이의 접촉으로 에나멜 코팅층에 균열이 발생되는 것을 줄일 수 있게 된다. 또한, 흡수탑에서 나오는 저온다습한 기류와 배연에서 나오는 고온건조(미분함유)한 기류가 직접 접촉되는 것을 억제할 수 있기 때문에 배연의 회성분과 결합하여 열교환기 내부나 열소자 표면에 스케일이 견고하게 퇴적되는 것을 예방할 수 있고, 생성된 스케일을 용이하게 제거할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 예시도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 습식 배연탈황설비의 열교환기를 도시한 모식도이다.
본 발명에 따른 열교환기는 도 3에 도시된 바와 같이, GG 예열기(10)의 외형을 이루는 케이스(20) 내부에 열소자(30)가 장착되어 있고, 상기 열소자(30)의 상부에서 보일러 연료기체가 유입되고 동시에 하부에서 흡수탑의 연료기체가 유입되도록 되어 있다. 여기서, 상기 열소자(30)는 케이스(20) 내부에서 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체에 수평으로 배치되면서 복수층으로 적층형성되어 열교환을 수행하는 기능을 하게 된다.
(제1실시예)
도 4는 본 발명의 제1실시예 따른 GG 예열기의 열소자를 적층한 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열소자(30)는 직사각형으로 이루어지고, 길이방향으로 복수의 관통홈(32)이 형성되어 있으며, 모서리부에 지지홀(34)가 형성되어 있다. 그리고, 열소자(30)의 지지홀(34)에 지지대(36)을 끼워서 배치하고, 각각 열소자(30)의 사이에 소정의 스페이스(D1)가 형성되도록 지지대(36)에 배치하도록 되어 있다.
상기 열소자(30)는 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙부가 볼록한 컨벡스형 구조로 되어 있다. 따라서, 열소자(30)는 열교환 과정에서 발생하는 수분이 소자의 양선단부로 흘러내리게 된다. 또한, 열소자(30)의 표면에는 에나멜 코팅층(30a)이 형성되어 있다.
한편, 상기 열소자(30)는 도 5에 도시된 바와 같이, 짝수열과 홀수열에 형성된 관통홈(32)이 서로 엇갈리게 형성되어 있다. 여기서, 열소자(30)의 짝수열 및 홀수열에 형성된 관통홈(32)은 동일선 상에서 일치되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 관통홈(32)는 도 6에 도시된 바와 같이, 장공형 또는 직사각형으로 형성되고, 열소자의 길이방향으로 복수의 열로 형성되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 열소자 단위셀에서 기체의 유동상태를 도시한 도면으로서, 열소자(30)의 윗쪽에서 보일러 연료기체가 관통홈(32)을 통과하면서 하강하고, 열소자(30)의 아래쪽에서 흡수탑의 연료기체가 관통홈(32)을 통과하면서 상승하는 것을 도시하고 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1실시에 따른 GG 예열기의 열소자에 의하면, 열소자(30)의 표면이 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체와 수평방향으로 맞닿도록 되어, 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 열소자(30)의 상/하부에서 관통홈(32)을 통과하면서 열소자(30)와의 접촉면적을 넓혀 높은 열교환이 이루어지게 된다. 또한, 각각의 열소자(30)가 소정의 스페이스(D1)를 두고 배치되도록 되어, 각각의 열소자(30)의 코팅층(30a)이 접촉되지 않기 때문에 코팅층(30a)의 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
(제2실시예)
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 GG 예열기의 열소자를 적층한 상태를 도시한 도면이고, 도 9는 도 7의 B-B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 열소자(40)는 직사각형으로 이루어지고, 길이방향으로 복수의 관통홈(42)이 형성되어 있으며, 모서리부에 지지홀(44)가 형성되어 있다. 그리고, 열소자(40)의 지지홀(44)에 지지대(46)을 끼워서 배치하고, 각각 열소자(40)의 사이에 소정의 스페이스(D2)가 형성되도록 지지대(46)에 배치하도록 되어 있다.
상기 열소자(40)는 도 8에 도시된 바와 같이, 중앙부가 볼록한 컨벡스형 구 조로 되어 있다. 여기서, 열소자(40)의 표면에는 에나멜 코팅층(40a)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 관통홈(42)은 선단부를 따라 안쪽으로 절곡턱(42a)이 형성되어 있다. 여기서, 절곡턱(42a)는 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 관통홈(42)을 통과할 때 와류를 형성하는 기능을 하게 된다.
한편, 상기 열소자(40)는 짝수열과 홀수열에 형성된 관통홈(42)이 서로 엇갈리게 형성되어 있다. 여기서, 열소자(40)의 짝수열 및 홀수열에 형성된 관통홈(42)은 동일선 상에서 일치되도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 관통홈(42)는 장공형 또는 직사각형으로 형성되고, 열소자의 길이방향으로 복수의 열로 형성되는 것이 바람직하다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 열소자 단위셀에서 기체의 유동상태를 도시한 도면으로서, 열소자(40)의 윗쪽에서 보일러 연료기체가 관통홈(42)을 통과하면서 하강하고, 열소자(40)의 아래쪽에서 흡수탑의 연료기체가 관통홈(42)을 통과하면서 상승하는 것을 도시하고 있다. 또한, 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 관통홈(42)을 통과할 때, 절곡턱(42a)에 의하여 와류가 형성되는 것을 도시하고 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2실시예 따른 GG 예열기의 열소자에 의하면, 열소자(40)의 표면이 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체와 수평방향으로 맞닿도록 되어, 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 열소자(40)의 상/하부에서 관통홈(42)을 통과하면서 절곡턱(42a)에 의하여 와류가 형성됨으로써 열소자(40)와의 접촉면적을 최대로 넓혀 높은 열교환이 이루어지게 된다. 또한, 있다고, 각각의 열소자(40)가 소정의 스페이스(D2)를 두고 배치되도록 되어, 각각의 열소자(40)의 코팅층(40a)이 접촉되지 않기 때문에 코팅층(40a)의 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 습식 배연탈황설비의 열교환기를 도시한 모식도,
도 2는 종래의 GG 예열기를 구성하는 열소자를 나타된 사진으로,
(a)는 열소자를 적층한 사진,
(b)는 열소자의 측면을 나타낸 사진,
(c)는 열소자의 선단부에 퇴적된 스케일을 도시한 사진,
도 3은 본 발명에 따른 습식 배연탈황설비의 열교환기를 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 제1실시예 따른 GG 예열기의 열소자를 적층한 상태를 도시한 도면,
도 5는 도 4의 A-A선을 따라 절단한 단면도,
도 6은 열소자의 평면도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 열소자 단위셀에서 기체의 유동상태를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 GG 예열기의 열소자를 적층한 상태를 도시한 도면,
도 9는 도 7의 B-B선을 따라 절단한 단면도,
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 열소자 단위셀에서 기체의 유동상태를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : GG 예열기 20 : 케이스
30 : 열소자 32 : 관통홈
34 : 지지홀 36 : 지지대
40 : 열소자 42 : 관통홈
42a : 절곡턱 44 : 지지홀
D1,D2 : 스페이스

Claims (12)

  1. 외형을 이루는 케이스 내부에 다발형의 열소자가 적층되고, 상기 열소자의 상부에서 보일러 연료기체가 유입되고 동시에 하부에서 흡수탑의 연료기체가 유입되는 배연탈황설비용 열교환기에 있어서,
    상기 열소자 각각은 상기 케이스 내부에 수평으로 배치된 상태로 소정의 스페이스가 형성되게 적층되고, 길이 방향으로 다수의 관통홈이 형성되어 열소자의 표면에 대하여 수직방향으로 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 접촉상태로 상기 관통홈을 통과하면서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열소자는 중앙부가 볼록한 컨벡스형 구조로 되어, 수분이 양선단부로 흘러내리도록 된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열소자 각각은 지지대를 매개로 소정의 스페이스가 형성되도록 된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열소자는 짝수열과 홀수열에 형성된 관통홈이 서로 엇갈리게 형성된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열소자의 짝수열 및 홀수열에 형성된 관통홈이 동일선 상에서 일치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통홈은 장공형으로 형성되고, 열소자의 길이방향으로 복수의 열로 형성된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  7. 외형을 이루는 케이스 내부에 다발형의 열소자가 적층되고, 상기 열소자의 상부에서 보일러 연료기체가 유입되고 동시에 하부에서 흡수탑의 연료기체가 유입되는 배연탈황설비용 열교환기에 있어서,
    상기 열소자 각각은 상기 케이스 내부에 수평으로 배치된 상태로 소정의 스페이스가 형성되게 적층되고, 길이 방향으로 다수의 관통홈이 형성되되, 그 관통홈의 선단부를 따라 안쪽으로 절곡턱이 형성되어, 열소자의 표면에 대하여 수직방향으로 보일러 연료기체와 흡수탑의 연료기체가 접촉상태로 상기 관통홈을 통과할 때 와류를 발생되면서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열소자는 중앙부가 볼록한 컨벡스형 구조로 되어, 수분이 양선단부로 흘러내리도록 된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 열소자 각각은 지지대를 매개로 소정의 스페이스가 형성되도록 된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 열소자는 짝수열과 홀수열에 형성된 관통홈이 서로 엇갈리게 형성된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열소자의 짝수열 및 홀수열에 형성된 관통홈이 동일선 상에서 일치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
  12. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통홈은 장공형으로 형성되고, 열소자의 길이방향으로 복수의 열로 형성된 것을 특징으로 하는 배연탈황설비용 열교환기.
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