KR101247214B1 - 유동층보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동층보일러에 관한 것으로, 유동층보일러에 구비되는 노, 이 노에 연료를 공급하는 연료공급부, 이 노에 석회석을 공급하여 탈황 처리하기 위한 석회석공급부, 이 노에 유동매체를 공급하여 유동층 연소를 돕는 유동매체공급부, 이 노 내에서 연소 중 상측으로 비산되는 애쉬를 포집 처리하는 비산애쉬처리부, 및 이 노 내에서 연소 중 하측으로 낙하하여 배출되는 애쉬를 포집하여 재사용하는 낙하애쉬처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 순환유동층보일러의 노 내에 저열량탄과 저순도 석회석을 공급하여 연소시킴으로써 연료비용을 줄일 수 있고, 석회석에서 연소 중 생성되는 층물질(bed material)을 재활용할 수 있다.

Description

유동층보일러{CIRCULATING FLUIDIZED BED COMBUSTION DEVICE}

본 발명은 유동층보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 순환유동층보일러의 노 내에 저열량탄과 저순도 석회석을 공급하여 연소시킴으로써 연료비용을 줄일 수 있고, 연료에서 연소 중 생성되는 층물질(bed material)을 재활용할 수 있도록 하는 유동층보일러에 관한 것이다.

통상적으로, 유동층(fluidized bed) 연소 기술은 석탄을 적당한 크기로 분쇄하여 만든 석탄 입자들과 석회석 및 모래와 같은 유동매체에 적정속도의 공기를 불어넣어 부유 유동층(suspended fluidzed bed)상태로 만들어 연소시키는 방법이다.

순환 유동층 연소는 고체 입자에 의한 직접 열전달로 열전달 효율이 매우 높고 노 내의 연소온도는 미분탄 연소방식의 노내 온도보다 훨씬 적어 수관 및 과열기관 등의 고온부식, 스케일 등의 설비 파손이 적은 장점이 있다.

이 기술은 그 독특한 연소 특성 때문에 기존의 미분탄 연소 기술이 가지는 문제점들을 극복할 수 있는데, 예를 들면 유동매체를 완전 연소 시까지 순환시키는 방식이기 때문에 미분탄 연소식과는 달리 낮은 발열량과 다량의 수분을 함유한 저질탄 연소가 가능하고, 비교적 낮은 온도(900℃ 이하)에서 연소가 일어나기 때문에 질소산화물의 발생이 현저하게 낮기 때문에 질소산화물 배출 규제치 준수를 위한 별도의 탈질설비(SCR or SNCR)를 필요로 하지 않는 이점이 있다.

또한, 유동매체로 석회석을 사용함으로써 연소가스 내 황과의 반응을 유도하여 노내 탈황이 가능하기 때문에 사용탄의 황 함량 조건에 따라 별도의 탈황설비 설치를 생략할 수 있다.

현재의 대기환경 배출규제기준 상 기존의 미분탄 연소방식의 경우 보일러 설계의 한계로 인해 필수적으로 촉매식 탈질설비(SCR-De NOx System) 및 탈황설비를 설치해야 하는 반면, 유동층 연소방식의 경우 탈질설비 및 탈황설비의 설치를 생략하거나 선택적으로 채용이 가능하게 된다.

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

기존 순환유동층 보일러(CFBC; Circulating Fluidized Bed Combustion)는 노내에 석회석을 투입하여 노내 탈황 처리하게 되는데 90% 이상의 고순도의 석회석을 사용함에 따라 석회석 구입비용이 증가하고, 고순도 석회석이 고갈되어 가는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 순환유동층보일러의 노 내에 저열량탄과 저순도 석회석을 공급하여 연소시킴으로써 연료비용을 줄일 수 있도록 하는 유동층보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 연료에서 연소 중 생성되는 층물질(bed material)을 재활용함으로써 애쉬의 배출을 줄여 폐기물 발생량을 줄이고자 하는 유동층보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 유동층보일러는: 유동층보일러에 구비되는 노, 이 노에 연료를 공급하는 연료공급부, 이 노에 석회석을 공급하여 탈황 처리하기 위한 석회석공급부, 이 노에 유동매체를 공급하여 유동층 연소를 돕는 유동매체공급부, 이 노 내에서 연소 중 상측으로 비산되는 애쉬를 포집 처리하는 비산애쉬처리부, 및 이 노 내에서 연소 중 하측으로 낙하하여 배출되는 애쉬를 포집하여 재사용하는 낙하애쉬처리부를 포함한다.

상기 연료는 저열량탄으로 함이 바람직하다.

상기 석회석은 60 내지 80% 순도의 저순도 석회석으로 함이 바람직하다.

상기 석회석공급부는, 석회석을 상기 노 내로 강제 공급하기 위한 에어블로워를 포함함이 바람직하다.

상기 낙하애쉬처리부는, 상기 노의 하측으로 배출되는 애쉬를 이송하는 이송부재, 및 이송된 애쉬를 임시 저장하는 낙하애쉬저장탱크를 포함한다.

상기 유동매체공급부는, 상기 낙하애쉬처리부를 거친 유동매체를 저장하는 유동매체저장탱크, 및 상기 유동매체저장탱크에 저장된 유동매체를 상기 노 내부로 안내하는 유동매체주입설비를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유동층보일러는 종래 기술과 달리 순환유동층보일러의 노 내에 저열량탄과 저순도 석회석을 공급하여 연소시킴으로써 연료비용을 줄일 수 있다.

그리고, 본 발명은 연료에서 연소 중 생성되는 층물질(bed material)을 재활용함으로써 애쉬의 배출을 줄여 폐기물 발생량을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층보일러의 개략적 구성도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 유동층보일러의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층보일러의 개략적 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층보일러는 노(10), 연료공급부(20), 석회석공급부(30), 비산애쉬처리부(40), 낙하애쉬처리부(50) 및 유동매체공급부(60)를 포함한다.

노(10)는 유동층보일러에 포함되는 것으로서, 연료를 공급받아 연소하는 역할을 한다. 노(10)는 다양한 형상으로 적용 가능하다.

그리고, 연료공급부(20)는 노(10) 내부로 연소를 위한 연료를 공급 안내하는 역할을 한다.

이때, 연료공급부(20)는 연료저장탱크(22) 및 이 연료저장탱크(22)에 저장된 연료를 노(10)로 이송 안내하는 연료주입설비(24)을 포함한다. 연료주입설비(24)이 연료저장탱크(22)와 노(10)에 연결되는 방식은 다양하게 적용 가능하다. 도시하지는 않았지만, 연료주입설비(24)은 연료의 이송을 단속하기 위한 밸브를 구비함이 바람직하다.

여기서, 연료는 석탄으로 함이 바람직하다.

아울러, 석회석은 노(10) 내에 탈황처리를 위해 주입되며, 탈활반응물질 이외의 성분과 과잉주입량이 유동매체 보충작용을 한다.

그리고, 유동매체(bed material)는 주로 모래를 사용하며, 노(10) 내에서 유동층을 형성하여 연소를 돕고, 낙하애쉬로 손실되는 양만큼 노(10) 내에 보충된다.

특히, 유동층보일러이기 때문에, 연료와 석회석은 노(10) 내부에서 계속 유동, 순환하면서 연소됨에 따라, 석회석은 유동매체와 함께 정기적 또는 간헐적으로 보충되어야 한다.

그래서, 석회석공급부(30)는 노(10)에 석회석을 공급하는 역할을 한다.

특히, 석회석공급부(30)는 석회석을 저장하는 석회석저장탱크(32) 및 이 석회석저장탱크(32)에 저장된 석회석을 노(10)로 이송 안내하는 석회석이송배관(34)을 포함한다. 석회석이송배관(34)이 석회석저장탱크(32)와 노(10)에 연결되는 방식은 다양하게 적용 가능하다. 도시하지는 않았지만, 석회석이송배관(34)은 석회석의 이송을 단속하기 위한 밸브를 구비함이 바람직하다.

한편, 석회석은 연료와 충분히 혼합되도록 충분한 유동성을 갖도록 함이 바람직하다.

그래서, 석회석공급부(30)는 석회석을 노(10) 내로 강제 공급하기 위한 에어블로워(36)를 포함한다.

다시 말해서, 에어블로워(36)는 석회석이송배관(34)에 연결된다. 그래서, 에어블로워(36)는 석회석저장탱크(32)로부터 이송되는 석회석을 강제로 노(10) 내부로 투입한다.

이에 따라, 연료와 석회석은 노(10) 내부에서 연소하면서 애쉬(ash)를 발생하게 된다. 이 애쉬는 비산되거나 낙하하게 된다.

따라서, 비산애쉬처리부(40)는 노(10) 내에서 연소 중 상측으로 비산되는 애쉬를 포집 처리하는 역할을 하고, 낙하애쉬처리부(50)는 노(10) 내에서 연소 중 하측으로 낙하하여 배출되는 애쉬를 포집하여 재사용하는 역할을 한다.

여기서, 비산애쉬처리부(40)는 비산되는 애쉬를 포집하여 폐열을 회수하는 애쉬호퍼(42) 및 폐열 회수된 비산애쉬를 저장하는 비산애쉬저장통(44)을 포함한다.

아울러, 노(10)와 애쉬호퍼(42) 및 비산애쉬저장통(44)은 비산애쉬안내배관(46)으로 연결된다.

또한, 낙하애쉬처리부(50)는 낙하되는 애쉬를 설정 위치로 이송하는 이송부재(52)를 포함한다.

이송부재(52)는 노(10)로부터 낙하되는 애쉬를 받아 정해진 위치로 이송하는 역할을 하는 것으로서, 컨베이어벨트 등 다양하게 적용 가능하다.

그리고, 낙하애쉬처리부(50)는 이송된 애쉬를 임시 저장하는 낙하애쉬저장탱크(54)를 포함한다.

낙하애쉬저장탱크(54)는 애쉬를 단순히 포집하거나 또는 애쉬를 크기별로 분리할 수도 있다. 물론, 낙하애쉬저장탱크(54)는 다양하게 적용 가능하다. 특히, 낙하애쉬저장탱크(54)는 유동매체를 함께 저장하게 된다.

물론, 노(10)의 하측으로 배출되는 낙하애쉬는 낙하애쉬저장탱크(54)로 바로 모일 수 있다.

아울러, 낙하애쉬처리부(50)를 구성하는 이송부재(52) 및 낙하애쉬저장탱크(54)는 낙하애쉬이송배관(58)으로 연결된다. 즉, 낙하애쉬이송배관(58)은 낙하 애쉬의 이송을 안내하는 역할을 한다.

이때, 낙하 애쉬는 이송부재(52)에서 낙하애쉬이송배관(58)을 따라 바로 유동매체공급부(60)로 이송될 수 있다.

또한, 유동매체공급부(60)는 노(10) 내에 유동매체를 공급하여 유동층 연소를 돕는 역할을 하는 것으로서, 유동매체저장탱크(62) 및 유동매체주입설비(64)를 포함한다.

유동매체저장탱크(62)는 낙하애쉬처리부(50) 특히 낙하애쉬이송배관(58)을 거친 유동매체를 저장하는 역할을 하고, 유동매체주입설비(64)는 유동매체저장탱크(62)에 저장된 유동매체를 노(10) 내부로 안내하는 역할을 한다. 이때, 유동매체저장탱크(62)는 낙하 애쉬를 유동매체와 함께 저장하게 된다.

이에 따라, 연료로 사용되는 석탄에서 발생하는 낙하애쉬는 일부가 재활용되어 노(10) 내부로 재투입됨으로써 모든 애쉬를 배출할 때보다 폐기물 발생량을 줄일 수 있게 된다.

그리고, 유동매체저장탱크(62)의 낙하 애쉬는 유동매체주입설비(64)를 통해 노(10) 내부로 유입되지 전(前)에 순환되어 다시 유동매체저장탱크(62)로 유입될 수 있다.

한편, 연료는 석탄으로 사용되는데, 특히, 저열량탄을 사용한다. 더욱 상세히, 연료는 아역청탄을 사용한다.

그리고, 석회석은 60 내지 80% 순도의 저순도 석회석을 사용한다.

본 발명에 따른 유동층보일러는 고회분 저열량 석탄으로 높은 효율을 나타내며 연소시킬 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 유동층보일러는 저순도의 석회석를 사용하기 때문에 석회석의 투입량이 증가되어 별도의 설비를 통한 석회석의 공급은 삭제 가능하게 된다. 아울러, 석회석는 저순도이기 때문에 기존의 고순도에 비해 구매가격이 훨씬 저렴하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 노 20: 연료공급부
22: 연료저장탱크 24: 연료주입설비
30: 석회석공급부 32: 석회석저장탱크
34: 석회석이송배관 40: 비산애쉬처리부
42: 애쉬호퍼 44: 비산애쉬저장통
46: 비산애쉬안내배관 50: 낙하애쉬처리부
52: 이송부재 54: 낙하애쉬저장탱크
58: 낙하애쉬이송배관 60: 유동매체공급부
62: 유동매체저장탱크 64: 유동매체주입설비

Claims (6)

1. 유동층보일러에 구비되는 노;
   상기 노에 연료를 공급하는 연료공급부;
   상기 노에 석회석을 공급하여 탈황 처리하기 위한 석회석공급부;
   상기 노에 유동매체를 공급하여 유동층 연소를 돕는 유동매체공급부;
   상기 노 내에서 연소 중 상측으로 비산되는 애쉬를 포집 처리하는 비산애쉬처리부; 및
   상기 노 내에서 연소 중 하측으로 낙하하여 배출되는 애쉬를 포집하여 재사용하는 낙하애쉬처리부를 포함하고,
   상기 낙하애쉬처리부는, 상기 노의 하측으로 배출되는 애쉬를 이송하는 이송부재;
   이송된 애쉬를 임시 저장하는 낙하애쉬저장탱크; 및
   상기 이송부재와 상기 낙하애쉬저장탱크에 연결되어 낙하 애쉬를 상기 유동매체공급부로 이송시킴으로써 낙하 애쉬의 일부를 상기 노로 재투입하여 재활용하기 위한 낙하애쉬이송배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층보일러.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연료는 저열량탄인 것을 특징으로 하는 유동층보일러.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 석회석은 60 내지 80% 순도의 저순도 석회석 인 것을 특징으로 하는 유동층보일러.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 석회석공급부는, 석회석을 상기 노 내로 강제 공급하기 위한 에어블로워를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층보일러.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 유동매체공급부는,
   상기 낙하애쉬처리부를 거친 유동매체를 저장하는 유동매체저장탱크; 및
   상기 유동매체저장탱크에 저장된 유동매체를 상기 노 내부로 안내하는 유동매체주입설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층보일러.

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