KR100975090B1 - 화력발전소용 미분탄관 오리피스 - Google Patents

화력발전소용 미분탄관 오리피스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 석탄 분쇄기로부터 보일러로 이어지는 미분탄 이송관 상에 설치되며 미분탄 이송관 보다 내부관로가 좁아지게 형성된 화력발전소용 미분탄관 오리피스에 관한 것으로서, 미분탄 이송관과 결합되며 금속소재로 속이 빈 링형태로 형성된 베이스 프레임과, 베이스 프레임의 내측면을 따라 어레이되어 접합된 다수의 세라믹 패널을 구비하고, 세라믹 패널은 Zro2 85중량%, Si3N4 4.9중량%, SiC 3.6중량%, Y2O3 1.8중량%, 인운모 1.7 중량%, Al2O3 1.6 중량%, 산화리튬1.4 중량%의 성분비로 혼합된 조성물로 성형된다. 이러한 화력발전소용 미분탄관 오리피스에 의하면, 가속되는 미분탄과의 접촉 충격에 대해 마모가 억제되면서도 충격흡수력이 향상되고, 열적 환경변화에 의한 안정성이 향상되어 내구성을 높일 수 있는 장점을 제공한다.

Description

화력발전소용 미분탄관 오리피스{orifice of dust coal supply pipe for thermal power plant}
본 발명은 화력발전소용 미분탄관 오리피스에 관한 것으로서, 상세하게는 미분탄과의 접촉 충격에 대한 내마모성을 높일 수 있도록 된 화력발전소용 미분탄관 오리피스에 관한 것이다.
석탄을 주원료로 이용하는 화력발전소는 미세하게 분말화된 미분탄을 공기와 함께 공급하여 보일러에서 연소시키고, 보일러 내에 배관된 수관 속의 물을 증기화시켜 터어빈을 회전시킴으로써 발전할 수 있도록 되어 있다.
이러한 화력발전소는 통상적으로 석탄을 미세한 크기의 미분탄으로 분쇄하여 미분탄 이송관을 통해 공급하는 석탄 분쇄기와, 미분탄 이송관을 통해 공기를 공급하는 송풍기 및 미분탄 이송관을 통해 이송되는 미분탄과 공기의 혼합물을 공급받아 연소시키는 보일러를 구비한다.
이러한 화력발전소는 하나의 석탄분쇄기로부터 다수의 보일러로 미분탄을 이송할 수 있도록 석탄분쇄기로부터 각 보일러로 미분탄 이송관이 분기되게 접속되어 있다.
따라서, 석탄분쇄기로부터 각 보일러까지의 이송거리가 다르기 때문에 보일러로 공급되는 미분탄의 분사 압력을 동일하게 하게 하기 위해서는 각 보일러로 이어지는 미분탄 이송관의 미분탄 이송속도 및 압력을 조절할 필요가 있고, 이에 적용되는 것이 오리피스(orifice) 이다.
미분탄 이송관에 적용되는 오리피스는 통상 미분탄 이송관과 동일한 금속소재로 형성되어 있고, 미분탄 이송관의 내부 유로보다 좁게 되어 있어 가속되는 미분탄과의 충돌에 의해 쉽게 마모가 되는 문제가 있다.
본 발명의 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 가속되는 미분탄에 의한 접촉 충격에 대한 마모를 억제할 수 있는 화력발전소용 미분탄관 오리피스를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 화력발전소용 미분탄관 오리피스는 석탄 분쇄기로부터 보일러로 이어지는 미분탄 이송관 상에 설치되며 상기 미분탄 이송관 보다 내부관로가 좁아지게 형성된 화력발전소용 미분탄관 오리피스에 있어서, 상기 미분탄 이송관과 결합되며 금속소재로 속이 빈 링형태로 형성된 베이스 프레임과; 상기 베이스 프레임의 내측면을 따라 어레이되어 접합된 다수의 세라믹 패널;을 구비하고, 상기 세라믹 패널은 Zro2 85중량%, Si3N4 4.9중량%, SiC 3.6중량%, Y2O3 1.8중량%, 인운모 1.7 중량%, Al2O3 1.6 중량%, 산화리튬1.4 중량%의 성분비로 혼합된 조성물로 성형된다.
바람직하게는 상기 베이스 프레임은 상기 내측면을 형성하는 측면부의 하부에는 중심방향을 향해 돌출되어 상기 세라믹 패널의 저면을 지지하는 제1리브가 형성되어 있고, 상기 측면부에는 중심방향으로 돌출되되 중앙부분에 제1길이로 돌출된 제1결합봉과, 상기 제1결합봉보다 작은 길이로 상기 제1결합봉 상부 및 하부에서 돌출된 제2 및 제3결합봉이 형성된 제1베이스 프레임과; 상기 제1베이스 프레임 상부에서 상기 제1베이스 프레임과 나사결합되며 중심방향을 향해 돌출되어 상기 세라믹 패널의 상면을 지지하는 제2리브를 갖으며 상기 제2리브 저면에 하방으로 돌출된 하부 돌출봉이 형성된 제2베이스프레임;을 구비하고, 상기 세라믹 패널의 상기 제1베이스 프레임과 접하는 측면에는 상기 제1 내지 제3결합봉이 삽입되는 제1 내지 제3삽입홈이 형성되어 있고, 상면에는 상기 하부 돌출봉이 삽입되는 제4삽입홈이 형성된다.
본 발명에 따른 화력발전소용 미분탄관 오리피스에 의하면, 가속되는 미분탄과의 접촉 충격에 대해 마모가 억제되면서도 충격흡수력이 향상되고, 열적 환경변화에 의한 안정성이 향상되어 내구성을 높일 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 오리피스가 적용되는 화력발전소의 미분탄 이송 계통을 개략적으로 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 오리피스의 단면도이고,
도 3은 도 1의 오리피스의 평면도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오리피스의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전소용 미분탄관 오리피스를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 오리피스가 적용되는 화력발전소의 미분탄 이송 계통을 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 석탄분쇄기(110)와 복수개의 보일러(150) 사이에 미분탄을 이송하는 미분탄 이송관(130)이 설치되어 있다.
참조부호 140은 미분탄 이송관(130)의 종단과 보일러(150) 사이에 설치된 트랜지션 유니트이다.
석탄 분쇄기(110)는 호퍼를 통해 투입된 석탄을 미세한 크기의 미분탄으로 분쇄하여 미분탄 이송관(130)을 통해 송출한다.
송풍기(120)는 외부공기를 미분탄 이송관(130)을 통해 송풍에 의해 공급할 수 있도록 설치되어 있다.
미분탄 이송관(130)은 석탄분쇄기(110)의 미분탄 토출구로부터 각 보일러(150)로 미분탄을 이송할 수 있도록 상호 연통되게 분기된 구조로 접속되어 있다.
오리피스(200)는 석탄분쇄기(110)로부터 각 보일러(150)로 이어지는 미분탄 이송 경로가 길어질 수 있수록 미분탄의 유속을 증가시키기 위해 이송거리에 따라 적용개수가 증가되도록 미분탄 이송관(130) 상에 다수가 설치되어 있다.
오리피스(200)는 미분탄 이송관(130)보다 내부 유로가 좁아지게 형성되어 있고, 상세구조를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1의 오리피스의 단면도이고, 도 3은 도 1의 오리피스의 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 오리피스(200)는 베이스 프레임(210)과, 다수의 세라믹 패널(220)을 구비한다.
베이스 프레임(210)은 미분탄 이송관(130)과 결합될 수 있게 양단이 나사결합용 플랜지를 갖는 형태로 형성되어 있으며, 속이 빈 링형태로 형성되어 있다.
베이스 프레임(210)의 내측면은 중앙부분의 내경이 양측 가장자리의 내경보다 좁아지게 형성되어 있다.
베이스 프레임(210)은 철소재와 같은 금속소재로 형성된다.
세라믹 패널(220)은 베이스 프레임(210)의 내측면을 따라 세라믹 접착제(230)에 의해 접합되어 있다.
세라믹 패널(220)들은 베이스 프레임(210)의 내벽을 마감처리할 수 있도록 베이스 프레임(220)의 내면을 원주방향을 따라 다수의 섹터영역으로 분할하였을 때 각 섹터 영역에 대응되는 형상으로 각각 형상된 것을 적용한다.
본 실시 예에서 세라믹 패널(220)은 90°섹터영역을 커버할 수 있도록 된 것들이 4개가 상호 접합되어 원형링형태로 될 수 있도록 되어 있다.
이러한 세라믹 패널(220) 들은 원하는 곡률형태로 압축 성형된 이후 소성하였을 때 수축에 의한 형상의 변화가 억제될 수 있으면서 미분탄과의 충돌에 의한 마모가 억제될 수 있는 세라믹 조성물로 형성된다.
또한, 세라믹 패널(220)은 가속되는 미분탄과의 접촉 충격에 의한 내마모성을 높이면서도 충격에 의한 파손을 억제할 수 있는 소재로 성형된다.
세라믹 패널(220) 성형용 소재는 급열 급냉과 같은 열적변화에 대해 안정적이면서도 내마모성을 높일 수 있고 특히 소성하였을 때 수축에 의한 형상의 변화가 억제됨으로써 대형화가 가능한 지르코니아(ZrO2)의 함유 비율을 가능한한 높일 수 있도록 하면서도 미분탄의 충격시의 충격 흡수능력도 높일 수 있어야 하며 조성물의 소결시에 열충격에 의한 파손도 억제할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 조건을 만족하기 위해 세라믹 패널(220)은 지르코니아(Zro2 )85중량%, Si3N4 4.9중량%, SiC 3.6중량%, Y2O3 1.8중량%, 인운모 1.7 중량%, Al2O3 1.6 중량%, 산화리튬(Li2O)1.4 중량%의 성분비로 혼합된 조성물로 소결하여 성형되는 것이 바람직하다.
여기서 지르코니아는 내마모성을 증가시키고, 낮은 팽창율과, 내열성이 좋고, 고온에서 소결시 세라믹 패널(37)의 용적 변화를 억제시켜 대구형화가 가능하게 한다.
질화규소(Si3N4)는 타 성분과의 공유결합성을 강화시켜 강도 및 경도를 높이면서도 높은 탄성율을 제공하며, 팽창율은 낮고, 열충격 저항이 높아 기계적, 열적 특성을 향상시키고 인성을 향상시킨다.
탄화규소(SiC)는 내산화성 및 내식성을 높여주고, 소결시의 강도를 증가시킨다.
이트리아(Y2O3)는 내식성을 증가시킨다.
인운모(lithia mica)는 홍운모 또는 레피돌라이트라고도 하며, 화학성분은 KLiAl2Si3O10(OH, F)이며, 소결 성형된 세라믹 패널(220)을 열적으로 안정시키며, 열팽창 계수를 낮추는 기능을 하며, 표면강도를 증가시키고, 인성을 증가시킨다.
알루미나(Al2O3)는 내마모성을 높인다.
산화리튬(Li2O)은 소결시 세라믹 패널(220)의 열팽창을 줄이고, 소결밀도를 증가시키며 결정립 크기를 증가시킨다.
이러한 조성물로 형성되는 세라믹패널(220)은 앞서 설명된 조성물을 압축 성형하여 원하는 형상으로 가공한 다음 진공분위기에서 1600 내지 1700℃에서 소성한 것을 적용한다. 조성물의 압축 성형시 윤활제 예를 들면 올레인산을 세라믹 패널용 조성물 100중량부에 대해 1 내지 2중량부로 첨가하여 성형하는 것이 바람직하다.
한편, 소결과정을 거쳐 제작된 세라믹 패널(220)을 베이스 프레임(210)에 접합시 적용되는 세라믹 접착제는 Al2O3 66 내지 70중량%, 점토 10 내지 14중량%, 일라이트 2 내지 4중량%, SiC 4 내지 6중량%, 벤토나이트 1 내지 3 중량%, ZrO2 4 내지 6중량%, Na2O 1 내지 3중량%, B2O3 2 내지 4중량퍼센트의 성분비로 상호 혼합된 혼합물 100중량부에 대해 물 5 내지 10중량부를 투입하여 슬러리 형태로 형성된 것을 적용한다.
더욱 바람직하게는 세라믹 접착제의 상기 혼합물은 Al2O3 68중량%, 점토 12중량%, 일라이트 3중량퍼센트, SiC 5중량%, 벤토나이트 2 중량%, ZrO2 5중량%, Na2O 2중량%, B2O3 3중량퍼센트의 성분비로 혼합된 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 베이스 프레임(210)의 내벽에 도포한 후 세라믹 패널(220) 접착하고 경화시키면 된다.
한편, 세라믹 패널의 베이스 프레임과의 결합력을 높일 수 있는 또 다른 실시 예가 도 4에 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 베이스 프레임(210a)은 제1 및 제2베이스 프레임(211)(215)으로 되어 있다.
제1베이스 프레임(211)은 'ㄴ' 자 형태로 형성되어 있고, 설명의 편의상 측면부(211a)와 제1리브(211b)로 구분할 수 있다.
측면부(211a)는 세라믹패널(220a)과 밀접되는 내측면을 형성하는 부분으로서 하부에 중심방향을 향해 돌출되어 세라믹 패널(220a)의 저면을 지지하는 제1리브(211b)가 일체로 형성되어 있다.
또한, 측면부(211a)에는 중심방향으로 돌출되되 중앙부분에 제1길이로 돌출된 제1결합봉(212a)과, 제1결합봉(212a)보다 작은 길이로 제1결합봉(212a) 상부 및 하부에서 돌출된 제2 및 제3결합봉(212b)(212c)이 형성되어 있다.
제2베이스 프레임(215)은 제1베이스 프레임(211) 상부에서 제1베이스 프레임(211)과 나사(310)에 의해 결합되며 중심방향을 향해 돌출되어 세라믹 패널의 상면을 지지하는 제2리브(217)를 갖는 구조로 되어 있다.
또한, 제2베이스 프레임(215)은 제2리브(217) 저면에 하방으로 돌출된 하부 돌출봉(216)이 형성되어 있다.
세라믹 패널(220a)은 제1베이스 프레임(211)의 측면부(211a)와 접하는 측면에 제1 내지 제3결합봉(212a)(212b)(212c)이 삽입되는 제1 내지 제3삽입홈(221)(222)(223)이 형성되어 있고, 상면에는 하부 돌출봉(216)이 삽입되는 제4삽입홈(224)이 형성되어 있다.
따라서, 제1베이스 프레임(211)에 앞서 설명된 세라믹 접착제를 이용하여 세라믹 패널(220a)의 제1 내지 제3삽입홈(221 내지 223)이 제 1 내지 제3 결합봉(212a)(212b)(212c)에 삽입되게 하여 접합한 다음 제2베이스 프레임(215)의 하부 돌출봉(216)이 제4삽입홈(224)에 삽입되게 하여 접합한 다음 나사결합하여 조립하면 된다.
이러한 베이스 프레임(210a)과 세라믹 패널(220a)의 결합구조는 세라믹패널(220a)의 구속력을 강화시켜 가속되는 미분탄에 의한 베이스 프레임(210a)르로부터의 분리를 더욱 억제시킬 수 있다.
210, 210a: 베이스 프레임 220, 220a: 세라믹 패널

Claims (2)

  1. 석탄 분쇄기로부터 보일러로 이어지는 미분탄 이송관 상에 설치되며 상기 미분탄 이송관 보다 내부관로가 좁아지게 형성된 화력발전소용 미분탄관 오리피스에 있어서,
    상기 미분탄 이송관과 결합되며 금속소재로 속이 빈 링형태로 형성된 베이스 프레임과;
    상기 베이스 프레임의 내측면을 따라 어레이되어 접합된 다수의 세라믹 패널;을 구비하고,
    상기 세라믹 패널은 Zro2 85중량%, Si3N4 4.9중량%, SiC 3.6중량%, Y2O3 1.8중량%, 인운모 1.7 중량%, Al2O3 1.6 중량%, 산화리튬1.4 중량%의 성분비로 혼합된 조성물로 성형된 것을 특징으로 하는 화력발전소용 미분탄관 오리피스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 프레임은
    상기 내측면을 형성하는 측면부의 하부에는 중심방향을 향해 돌출되어 상기 세라믹 패널의 저면을 지지하는 제1리브가 형성되어 있고, 상기 측면부에는 중심방향으로 돌출되되 중앙부분에 제1길이로 돌출된 제1결합봉과, 상기 제1결합봉보다 작은 길이로 상기 제1결합봉 상부 및 하부에서 돌출된 제2 및 제3결합봉이 형성된 제1베이스 프레임과;
    상기 제1베이스 프레임 상부에서 상기 제1베이스 프레임과 나사결합되며 중심방향을 향해 돌출되어 상기 세라믹 패널의 상면을 지지하는 제2리브를 갖으며 상기 제2리브 저면에 하방으로 돌출된 하부 돌출봉이 형성된 제2베이스프레임;을 구비하고,
    상기 세라믹 패널의 상기 제1베이스 프레임과 접하는 측면에는 상기 제1 내지 제3결합봉이 삽입되는 제1 내지 제3삽입홈이 형성되어 있고, 상면에는 상기 하부 돌출봉이 삽입되는 제4삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 화력발전소용 미분탄관 오리피스.
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