KR101014914B1 - 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수관식 폐열보일러의 스팀드럼과 보일러 동체부를 메인프레임에 상하로 적층 장착시켜 일체로 고정시킴과 함께 펌프유니트 등을 외부로부터 보호하기 위하여 미리 컨테이너내에 조립시킨 구조의 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 연소가스 유입 및 배출부와, 보일러 동체부와, 급수공급 및 순환유니트와, 스팀공급유니트로 이루어진 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템에 있어서, 상기 연소가스 유입 및 배출부와, 상기 보일러 동체부를 지면에서 수직으로 세워지는 충분히 연장된 메인프레임에 장착하여 고정시키고, 상기 메인프레임의 상단에는 받침프레임을 일체로 형성하여 스팀드럼을 탑재고정시키며, 상기 급수공급 및 순환유니트의 급수탱크와 급수펌프 및 순환펌프를 외부로부터 보호되도록 별도의 컨테이너내에 배치 집적화시켜 조립한 것을 특징으로 하는 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템을 제공하는 것이다.

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Description

육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템{A Waste heat boiler system used in power plant on land}

본 발명은 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 육상 발전설비에 포함되는 수관식 폐열보일러의 스팀드럼과 보일러 동체부를 메인프레임에 상하로 장착하여 일체로 고정시킴과 함께 펌프유니트 등을 외부로부터 보호하기 위해 미리 컨테이너 내에 집적화하여 조립시킨 구조의 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 발전설비는 화력, 수력, 태양광, 원자력 등을 이용한 여러가지 형태로 건설되고 있으며, 이러한 발전설비는 발전소 및 산업 플랜트에서 발생하는 각종 공해물질을 제거하는 탈황설비, 탈질설비, 전기집진설비, 폐열회수 보일러 등을 설계에서부터 기자재 제작, 설치, 시운전에 이르기까지 여러가지 과정을 거쳐 시공되고 있다.

최근에는 낙후된 해외지역 등에 대다수의 발전설비들이 건설되고 있는데, 이들 발전설비들은 대부분 복합화력을 이용한 발전설비로 시공되고 있으며, 폐열을 회수할 수 있는 보일러를 포함하여 설치되고 있다.

육상 발전설비중 화력발전설비는 메인엔진 및 가스터빈, 폐열회수 보일러 및 스팀터빈 등을 구비하여 설치하고 있는데, 상기 가스터빈은 연료가 연소됨으로써 발생되는 고온 고압의 연소가스에 의해 그 터빈이 회동되게 되며, 터빈을 회동시킨 연소가스는 가스터빈 외부로 방출된다.

상기 폐열회수 보일러는 메인엔진이나 가스터빈으로부터 배출되는 배출가스가 지닌 여열을 회수하는 보일러로서, 터빈을 회동시킨 후 외부로 배출되는 연소가스의 열을 물에 전하여 스팀을 발생시키고, 발생된 스팀을 사용처(예를 들면, 메인엔진의 오일히팅장치, 발전설비의 가스터빈 등)로 공급하는 역할을 한다.

상기 폐열회수 보일러 중 수관식 폐열보일러 시스템은 보일러의 동체 안에 가느다란 다수의 수관을 배관(配管)하여, 그 배관된 수관으로 물을 순환시켜 수관의 외부로 흐르는 폐가스의 열에 의하여 물을 가열하도록 하는 보일러의 한 형태를 말한다.

그런데, 종래에 육상 발전설비에 구비되는 수관식 폐열보일러 시스템은 그 보일러를 설치함에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 발전설비에 수관식 폐열보일러 시스템을 시공하려면 보일러 설치용 구조물을 별도로 3단으로 제작하여 보일러 동체 및 스팀드럼 등을 각각 장착하여 설치시키고, 또한 급수펌프 및 순환펌프 등을 포함한 급수 및 회수유니트 등을 일일이 조립함에 따라 보일러의 조립 설치시공에 있어 작업성 및 생산성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

둘째, 환경이 열악한 사막이나 고온 다습지역 또는 담수화 지역 등에 건설되 는 발전설비에 시공되는 수관식 폐열보일러 시스템은 보일러의 주요 부품인 펌프류 등이 외부로 노출됨에 따라 모래바람이나 습기 및 염분 등에 의해 부식이 되므로 잦은 고장이 발생하고 보일러의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 육상 발전설비에 구비되는 수관식 폐열보일러 시스템의 구성부인 연소가스 유입 및 배출부와, 보일러 동체부와, 스팀드럼 및 스팀헤더를 포함하는 스팀공급유니트를 메인프레임에 장착하여 고정시키고, 급수펌프 및 순환펌프를 포함하는 급수공급유니트와 리턴헤더를 컨테이너내에 미리 배치 집적화시켜 조립함으로써, 보일러의 설치시공이 매우 간편하여 작업성 및 생산성을 향상시킴과 함께 보일러의 고장예방과 수명연장을 위한 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연소가스 유입 및 배출부와, 보일러 동체부와, 급수 공급 및 순환유니트와, 스팀 공급유니트로 이루어지며; 상기 연소가스 유입 및 배출부와 보일러 동체부를 지면에서 수직으로 설치되는 충분히 연장된 메인프레임에 장착하여 고정시키되, 상기 연소가스 유입 및 배출부의 유입관과 댐퍼는 메인프레임의 상부에 장착 고정시키고; 상기 보일러 동체부의 상, 하부챔버 및 메인동체는 메인프레임의 하부에 장착 고정시키며; 상기 메인프레임의 상단에는 받침프레임을 일체로 형성하여 그 받침프레임상에 스팀드럼을 탑재 고정시키고; 상기 급수 공급 및 순환유니트의 급수탱크와 급수펌프 및 순환펌프 그리고 응축수가 리턴되는 리턴헤더를 외부로부터 보호되도록 별도의 컨테이너 내에 배치 집적화하여 조립시킨 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템에 있어서, 상기 유입관과 연결되는 바이패스관과 상기 보일러 하부챔버에 연결되는 배출관 및 연도는 지면에서 수직으로 세워지는 보조프레임에 지지되어 고정된 것을 특징으로 하는 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템을 제공한다.

삭제

본 발명은 상기한 과제 해결 수단을 통하여 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명에 따르면 발전설비에 구비되는 수관식 폐열보일러 시스템의 각 구성부, 즉 연소가스 유입 및 배출부와, 보일러 동체부와, 스팀공급유니트를 메인프레임으로 지지 고정하고, 급수공급 및 순환유니트와 리턴헤더를 컨테이너 내에 미리 배치 조립하여 시공부지에서 설치시공함으로써, 보일러의 설치작업이 매우 간편하게 되므로 보일러 설치의 작업성 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 보일러의 설치면적을 획기적으로 줄일 수 있으며, 보일러의 제작비용을 절감할 수 있다.

둘째, 본 발명에 따르면 수관식 폐열보일러 시스템의 주요 구성인 급수펌프류와 리턴헤더 등이 컨테이너 내에 배치 조립되어 있으므로 외부로부터 보호될 수 있을 뿐만 아니라 방수나 방습이 가능하게 되므로 환경이 열악한 지역에서의 사막의 모래바람이나 고온 다습지역의 습기 및 담수화지역의 염분 등이 차단되므로 보일러의 주요 부품에 대한 부식을 방지할 수 있으며, 보일러의 고장 예방과 수명을 연장할 수 있다.

셋째, 본 발명에 따르면 보일러의 주요 구성요소들이 메인프레임에 지지 고정되며 컨테이너에 집적화 되어지므로 보일러 시스템을 콤팩트화 할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 발전설비에 구비되는 수관식 폐열보일러 시스템을 나타내는 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 발전설비에 구비되는 수관식 폐열보일러의 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 발전설비에 구비되는 수관식 폐열보일러 시스템의 급수공급 및 순환유니트가 콘테이너 내에 배치되어 조립된 것을 나타내는 평면도이다.

도면을 참조하여 보면, 수관식 폐열보일러 시스템은 크게 연소가스 유입 및 배출부와, 보일러 동체부와, 급수공급 및 순환유니트와, 스팀공급유니트 등으로 나누어질 수 있는데, 상기 연소가스 유입 및 배출부는 연소가스가 유입되는 유입관(10)과, 이 유입관(10)으로부터 보일러 동체부쪽으로 연장되는 공급관(12)과, 상기 유입관(10)으로부터 연도(14)쪽으로 분기되는 바이패스관(16)과, 상기 공급관(12) 및 바이패스관(16)이 분기되는 지점에 설치되는 3방향 댐퍼(18)로 구성된 다.

상기 보일러 동체부는 가장 상단에 공급관(12)과 연결되는 상부챔버(20)와, 이 상부챔버(20)의 하단에 일체로 연결되는 메인동체(22)와, 이 메인동체(22)의 하부에 형성되는 하부챔버(24)로 구성되며, 상기 보일러 동체부의 메인동체(22)의 내부에는 물이 흐르도록 배관된 다수의 수관(미도시됨)이 장착되고, 상기 메인동체(22)의 내부에서는 수관의 외부로 고온의 연소가스가 흐르게 된다.

여기서, 상기 보일러 동체부를 구성하고 있는 상부챔버(20)와, 메인동체(22)와, 하부챔버(24)는 지면에서 수직으로 세워지는 충분히 연장된 메인프레임(100)에 의해 장착되어 고정되고, 상기 연소가스 유입 및 배출부의 유입관(10)에 연결되는 바이패스관(16)과 보일러 동체부의 하부챔버(24)에 연결되는 배출관(19) 및 연도(14)는 지면에서 지지되는 보조프레임(200)에 의하여 지지 고정되며, 상기 하부챔버(24)의 하단에는 배출관(14)은 연도(14)와 연결되어 일체로 조립된다.

이때, 상기 메인프레임(100)은 위쪽으로 충분히 연장되어 있으므로 이 연장된 부위에는 상기 연소가스 유입 및 배출부의 연소가스의 공급관(12)과 바이패스관(16)이 일체로 장착되어 고정된다.

또한, 위쪽으로 연장된 상기 메인프레임(100)의 상단부에는 받침프레임(102)을 일체로 형성하고, 이 받침프레임(102)상에 스팀공급유니트의 스팀드럼(40)을 설치하게 된다.

상기 스팀공급유니트는 보일러 메인동체(22) 내에 배관된 수관 내의 물이 고온의 연소가스와 열교환하여 생성된 스팀이 저장되는 스팀드럼(40)과, 이 스팀드럼(40)으로부터 스팀배출관(42)을 통해 배출된 스팀을 사용처로 보내는 스팀헤더(44)를 포함하여 구성되며, 상기 스팀드럼(40)의 저면이 상기 받침프레임(102)상에 장착되어 고정된다.

상기 급수공급 및 순환유니트는 컨테이너(400) 내에 배치 집적화하여 조립되는데, 급수공급 및 순환유니트를 컨테이어(400)내에 배치 집적화하여 조립하는 것은 환경이 열악한 사막지역의 모래바람이나 고온 다습지역의 습기 및 담수화지역의 염분 등의 외부환경으로부터 보일러의 주요기능을 하는 각종 펌프류 및 탱크 등을 보호하여 부식을 방지하고 보일러의 수명연장을 도모함에 있다.

상기 콘테이어(400)내에 배치되어 조립되는 급수공급 및 순환유니트는 보일러 스팀드럼(40)에 물을 급수하기 위한 급수탱크(30) 및 급수펌프(32)와, 스팀드럼(40) 내의 물을 보일러 메인동체(22)내의 수관으로 순환시키는 순환펌프(33)와, 스팀헤더(44)로부터 사용되어 응축된 응축수를 회수하는 리턴헤더(34)로 구성되며, 이들 구성들은 컨테이너(400) 내에 소정의 배열에 따라 집적되어 조립된다.

한편, 상기 보일러 메인동체(22)와 상기 스팀드럼(40)간의 연결 배관과, 급수탱크(30)와 보일러 메인동체(22) 간의 연결 배관 그리고 스팀드럼(40)과 리턴헤더(34)간의 연결 배관은 소정의 배열을 갖는 연결배관류(50)에 의하여 상호 연결된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 수관식 폐열보일러 시스템의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

발전설비의 가스터빈이 연료의 연소에 의하여 발생된 고온고압의 연소가스에 의해 회동되고, 터빈을 회동시킨 연소가스는 가스터빈 외부로 방출되는데, 이 방출되는 연소가스는 유입관(10)을 통해 유입된다.

상기 유입관(10)을 통해 최초 유입되는 연소가스는 불완전연소에 따른 그을음을 포함하고 있으므로, 3방향 댐퍼(18)가 공급관(12)을 닫는 동시에 바이패스관(16)쪽이 열리게 되어, 상기 유입관(10)으로 최초 유입되는 연소가스는 바이패스관(16) 및 연도(14)를 통해 외부로 배출시킨다.

일정한 시간의 경과 후, 상기 3방향 댐퍼(18)가 바이패스관(16)을 닫는 동시에 공급관(12)쪽이 열리게 되면 상기 유입관(10)으로 유입되는 고온의 연소가스가 공급관(12)을 통하여 보일러 동체부로 들어가게 된다.

이와 함께, 상기 급수공급 및 순환유니트의 급수펌프(32)에 의한 급수작용으로 급수탱크(30) 내의 물이 스팀드럼(40)으로 공급되며, 스팀드럼(40) 내의 물은 순환펌프(33)에 의하여 보일러 메인동체(22) 내의 수관으로 흐르게 되고, 보일러 메인동체(22) 내의 수관으로 흐르는 물은 고온의 연소가스와 열교환되어 스팀이 발생하게 된다. 이때 연소가스는 메인동체(22)의 내부에서 수관의 외부를 통해 흐른 후 배출관(19)을 통해 연도(14)로 빠져나가게 된다.

이어서, 상기 보일러 메인동체(22) 내의 수관에서 연소가스에 의해 물이 가열되어 발생된 스팀은 상기 보일러 메인동체(22)와 상기 스팀드럼(40) 간에 연결된 연결배관류(50)를 통해 스팀드럼(40)에 공급되고, 스팀드럼(40) 내의 스팀은 스팀헤더(44)를 통하여 사용처(예를 들면, 엔진 및 방카C유 히팅장치, 가스터빈)로 보내어지며, 사용처에서 사용되어 스팀이 응축된 응축수는 리턴헤더(44)로 회수되어 다시 급수탱크(30)로 리턴된다.

이상과 같이, 본 발명의 수관식 폐열보일러 시스템에 의하면, 상기 보일러 동체부와 스팀공급유니트를 지면에서 수직으로 세워지는 충분히 연장된 메인프레임(100)에 장착하여 고정하고, 상기 연소가스 유입 및 배출부의 구성중 상기 배출관(19)과 연도(14)를 보조프레임(200)으로 지지하여 고정하며, 상기 급수공급 및 순환유니트를 소정의 컨테이너(400) 내에 배치 집적화하여 조립함으로써, 보일러 시스템의 설치면적을 획기적으로 줄일 수 있고, 설비의 중량을 감소시켜 제작비용을 절감할 수 있다.

또한, 보일러의 주요 기능을 하는 급수공급 및 순환유니트의 펌프류 등을 컨테이너 내에 배치 조립하여 외부환경으로부터 보호함으로써, 보일러의 고장을 방지하고 수명연장을 도모할 수 있다.

한편, 상기 컨테이너(400)은 표준규격의 컨테이너를 사용할 수도 있으며, 상기 컨테이너(400)의 내부에 대한 공기순환과 유지관리를 원할하게 하기 위하여 각 컨테이너의 일측단부를 오픈시킬 수 있는 개폐문(402)이 장착되고, 보일러 시스템의 작동제어를 위한 제어패널의 온도를 낮추기 위하여 에어컨(404)이 설치된다.

도 1은 본 발명에 따른 발전설비에 구비되는 수관식 폐열보일러 시스템을 나타내는 정면도.

도 2는 본 발명에 따른 발전설비에 구비되는 수관식 폐열보일러 시스템을 나타내는 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 발전설비에 구비되는 수관식 폐열보일러 시스템의 급수공급 및 순환유니트가 콘테이너내에 배치된 것을 나타내는 평면도.

<도면의 주요 구성에 대한 부호의 설명>

10 : 유입관 12 : 공급관

14 : 연도 16 : 바이패스관

18 : 3방향 댐퍼 19 : 배출관

20 : 상부챔버 22 : 보일러 메인동체

24 : 하부챔버 30 : 급수탱크

32 : 급수펌프 34 : 리턴헤더

40 : 스팀드럼 42 : 스팀배출관

44 : 스팀헤더 50 : 연결배관류

100 : 메인프레임 102 : 받침프레임

200 : 보조프레임 400 : 컨테이너

402 : 개폐문 404 : 에어컨

Claims (2)

1. 삭제
2. 연소가스 유입 및 배출부와, 보일러 동체부와, 급수 공급 및 순환유니트와, 스팀 공급유니트로 이루어지며; 상기 연소가스 유입 및 배출부와 보일러 동체부를 지면에서 수직으로 설치되는 충분히 연장된 메인프레임(100)에 장착하여 고정시키되, 상기 연소가스 유입 및 배출부의 유입관(10)과 댐퍼(18)는 메인프레임(100)의 상부에 장착 고정시키고; 상기 보일러 동체부의 상, 하부챔버(20,24) 및 메인동체(22)는 메인프레임(100)의 하부에 장착 고정시키며; 상기 메인프레임(100)의 상단에는 받침프레임(102)을 일체로 형성하여 그 받침프레임(102)상에 스팀드럼(40)을 탑재 고정시키고; 상기 급수 공급 및 순환유니트의 급수탱크(30)와 급수펌프(32) 및 순환펌프(33) 그리고 응축수가 리턴되는 리턴헤더(34)를 외부로부터 보호되도록 별도의 컨테이너(400) 내에 배치 집적화하여 조립시킨 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템에 있어서,

   상기 유입관(10)과 연결되는 바이패스관(16)과 상기 보일러 하부챔버(24)에 연결되는 배출관(19) 및 연도(14)는 지면에서 수직으로 세워지는 보조프레임(200)에 지지되어 고정된 것을 특징으로 하는 육상 발전설비용 수관식 폐열보일러 시스템.

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