KR101255005B1 - 순환 유동층 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 순환 유동층 보일러(10)에 관한 것으로, 상기 보일러(10)는, 탄소질 연료를 연소하기 위한 노와, 연료 연소시 생성되는 고체 입자와 연도 가스를 제거하기 위해 상기 노의 상부 부분에 연결되어 있는 적어도 하나의 출구 채널(14)을 포함하고, 각각의 출구 채널은, 청소된 연도 가스를 운반하기 위한 연도 가스 채널(18)과, 분리된 고체 입자를 상기 노의 하부 부분에 운반하기 위한 복귀 덕트(return duct)(20)가 부착된 입자 분리기(16)를 구비한다. 상기 복귀 덕트(20)는, 가스 밀봉부(gas seal)(22), 열 교환 챔버(24), 리프트 채널(34), 및 오버플로우 도관(overflow conduit)(44)을 구비하고, 상기 가스 밀봉부를 빠져나가는 고체 입자는 상기 열 교환 챔버(24)의 상부 부분으로 안내되고 상기 열 교환 챔버의 하부 부분으로부터 상기 리프트 채널(34)을 통해 상기 노로, 또는 상기 열 교환 챔버의 상부 부분으로부터 상기 오버플로우 도관(44)을 통해 상기 노로 직접 안내되며, 하나 이상의 다운파이프(downpipe)(42)가 있는데, 이는 상부 부분으로부터 상기 리프트 채널(34)의 상부 부분과 유동 연결되고 하부 부분으로부터 상기 노(12)의 하부 부분과 유동 연결되도록 연결되며, 또한 오버플로우 도관(44)은 상기 다운파이프의 상부 부분에 연결된다. 상기 다운파이프(42)는 연료용 입구(50)에 또한 연결되는 것이 바람직하다.

Description

순환 유동층 보일러{A CIRCULATING FLUIDIZED BED BOILER}

본 발명은, 독립 청구항의 도입부에 따른 순환 유동층 보일러에 관한 것이다. 그래서, 본 발명은, 순환 유동층 보일러에 관한 것이고, 상기 보일러는, 탄소질 연료를 연소하기 위한 노(furnace)와, 상기 노로부터 연료 연소시 생성되는 고체 입자와 연도 가스를 제거하기 위해 상기 노의 상부 부분에 연결되어 있는 적어도 하나의 출구 채널을 포함하고, 각각의 출구 채널은, 상기 보일러 밖으로 고체 입자가 청소된 연도 가스를 운반하기 위한 연도 가스 채널과, 분리된 고체 입자를 상기 노의 하부 부분에 운반하기 위한 복귀 덕트(return duct)가 부착된 입자 분리기를 구비하며, 상기 복귀 덕트는, 가스 밀봉부(gas seal), 열 교환 챔버, 리프트 채널, 및 오버플로우 도관(overflow conduit)을 구비하고, 상기 가스 밀봉부를 빠져나가는 고체 입자는 상기 열 교환 챔버의 상부 부분으로 안내되고 상기 열 교환 챔버의 하부 부분으로부터 상기 리프트 채널을 통해 상기 노로, 또는 상기 열 교환 챔버의 상부 부분으로부터 상기 오버플로우 도관을 통해 상기 노로 직접 안내된다.

본 발명의 순환층 보일러는 바람직하게는 예를 들어, 산업용 수증기 생성 또는 전력 생성을 위해 대형 순환 보일러 또는 관류 보일러(once through boiler)일 수 있다. 보일러의 사이즈가 증가함에 따라, 노의 체적에 대한 벽 표면적의 관계가 일반적으로 불리하게 되고, 이는 예를 들어, 보일러의 제어, 상이한 배열과 노에 관련한 도관의 위치결정 및 상이한 재료의 공급 및 혼합에, 문제를 일으킬 수 있다. 본 발명은 특히 대형 순환 유동층 보일러에 관한 문제를 해결하는 것에 대한 것이다.

미국 특허 제 7,240,639호는 순환 유동층 보일러를 공개하고, 여기서 고체 분리기에 의해 분리된 고온 고체 입자가 복귀 덕트의 가스 밀봉부로부터 노의 하부 부분과 일체인 열 교환 챔버의 상부 부분으로 안내되고 또한 열 교환 챔버의 하부 부분으로부터 라이저(riser)를 통해 노로 또는 열 교환 챔버의 상부 부분으로부터 독립된 오버플로우 도관을 통해 노로 직접 안내된다. 열 교환 챔버는 유동화 챔버(fluidized chamber)이고, 이는 챔버의 하부 부분에 제공된 수단, 특히 유동화 가스를 위한 노즐 및 입구 배관이 있다는 것을 의미하고, 이에 의해 챔버 내에 형성된 고체 입자의 층이 유동화될 수 있다.

유동화 열교환 챔버의 열교환 효율은 유동화 속도, 달리 말해 챔버에 도입되는 유동화 가스의 유속을 바꿔 일정 정도로 수정될 수 있다. 그러나, 오버플로우 채널은 열 교환 챔버로부터 제거된 고체 입자의 일부(share)를 오버플로우로 바꿔 열교환 효율을 효과적으로 수정하는 다른 매우 효과적인 방식을 제공한다.

미국 특허 제 7,240,639호에 공개된 배열의 문제점은 냉각된 및 냉각되지 않은 입자를 위한 복귀 덕트 및 독립된 연료 공급 채널이 배열을 복잡하게 하고 노의 하부 부분의 벽에 의해 공간이 소모된다는 것이다. 미국 특허 제 7,240,639호에 공개된 양호한 실시예에 따르면, 열 교환 챔버에 연결된 2개의 독립된 리프트 채널이 있고, 이는 냉각된 고체 입자의 균일한 분포를 개선하여 연료의 효과적이고 저-공해 연소를 촉진한다.

미국 특허 제 5,682,828호는 입자 분리기의 복귀 덕트로 형성된 소위 분할된 가스 밀봉부를 공개하며, 여기서 입자 분리기의 수직 복귀 덕트의 가스 밀봉부는 짧은 유동화 수평 덕트의 일단부에 연결되고, 덕트의 다른 단부는 상방향 유동 레그(leg)의 하부 부분에 연결된다. 상방향 유동 레그는 유동화된, 적어도 주로 수직인 채널이고, 여기서 고체 입자가 채널의 하부로부터 그 상부 부분으로 충분히 강한 유동화 가스 유동에 의해 전달된다. 미국 특허 제 5,682,828호에 따르면, 십자형(crosswise) 덕트가 상방향 유동 채널의 상부 부분에 연결되고, 경사진 하방향 유동 채널이 그 양당부로부터 노에 직접 통한다. 이 특허에 공개된 해결방법의 문제점은 복귀될 고체 입자가 예를 들어, 부분적인 막힘(clogging)으로 인해, 한 분기(branch)의 질량 유동이 다른 분기의 것보다 큰 방식으로 비대칭적으로 복귀되게 이동될 수 있다는 점이다.

미국 특허 제 6,923,128호는 상방향 유동 채널의 상부 부분에 연결된 파이프가 중간부분에서 만곡되고 그 분기부가 아래로 경사지게 향해지고 노를 향해 경사진다는 점을 제외하고 미국 특허 제 5,682,828호와 유사한, 분할된 가스 밀봉부를 공개한다. 또한, 분기부에 연결되는 수직 부분의 상단부는 연료를 위한 수직 입구 도관과 연결된다. 가스 밀봉부와 일체인 복귀 덕트 장치의 공통적인 문제점은 오버플로우 덕트를 포함하는 열 교환 챔버를 이와 관련하여 배열할 수 없다는 것이다.

본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술의 문제점이 최소화된, 순환형 유동층 보일러를 제공하는 것이다.

본 발명의 특수한 목적은, 입자 분리기의 복귀 덕트에 제공된 열 교환 챔버를 갖고, 그 열교환 효율이 수정될 수 있으며, 이로부터 고체 입자가 모든 조건에서 노 면적에서 균일하게 분포한, 콤팩트하고 효율적인 순환 유동층 보일러를 제공하는 것이다.

종래기술의 상술한 문제점을 해결하기 위해, 순환 유동층 보일러가 제공되고, 그 특징은 독립 청구항의 특징 부분에 공개되어 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 특징은, 리프트 채널과 연결 배열된 하나 이상의 다운파이프(downpipe)가 있고, 다운파이프는 그 상부 부분이 리프트 채널의 상부 부분과 유동 연결되고 그 하부 부분이 노의 하부 부분과 유동 연결되며 오버플로우 도관이 다운파이프의 상부 부분과 직접 유동 연결되어 있다는 점이다.

다운파이프는 주로 수직형 또는 거의 수직인 파이프 또는 채널을 의미하고, 그 하부 부분을 통해 재료가 노의 하부 부분으로 직접 유동한다. 다운파이프는 바람직하게는 정상 작동시, 노에 연결된 다운파이프의 끝에만 짧은 기둥(column)의 유동 재료가 있고 채널의 대부분으로부터, 재료가 빠르게 지나가 떨어져, 채널은 주로 거의 비어 있는 치수를 갖는다.

오버플로우 도관은 열 교환 챔버의 상부 부분으로부터 다운파이프의 상부 부분으로의 개방된 짧은 채널 또는 다른 직접적인 연결부를 의미한다. 오버플로우 도관은 열 교환 챔버의 유동층의 표면이 충분히 낮을 때, 입자 분리기로부터 복귀하는 고체 입자가 오버플로우 도관을 통해 다운파이프로 가지 않고 열교환 채널을 통해 위로부터 아래 방향으로, 열 교환 챔버의 하부 부분의 구멍 또는 도관을 통해 리프트 채널의 하부 부분으로 그리고 리프트 채널의 상부 부분을 통해 다운파이프로 지나가는 식으로 열 교환 챔버의 상부 부분과 결합하게 배열된다. 이에 의해, 고체 입자는 열 교환 챔버의 열 교환 면 부근에서 움직일 필요가 있어, 이들은 열 교환 면 상에서 순환하는 열 교환 매체에 열을 방출할 때 냉각된다. 따라서, 열 교환 챔버에 유지되는 유동층의 표면이 충분히 높을 때, 입자 분리기로부터 복귀되는 고체 입자의 일 부분이 열 교환 챔버의 상부 부분으로부터 오버플로우 도관을 통해 열 교환 챔버의 열 교환 면 상에서 냉각되지 않고 직접 다운파이프로 간다.

몇몇 경우에, 리프트 채널에 연결된 단 하나의 다운파이프만을 가질 수 있지만, 본 발명의 가장 양호한 실시예에 따르면, 하나의 리프트 채널에 연결된 동일한 레벨에 2개의 다운파이프가 있고, 둘 다의 상부 부분은 오버플로우 도관에 의해 열 교환 챔버의 상부 부분에 직접 연결되어 있다. 두 다운파이프는 바람직하게는 다운파이프의 상부 부분과 리프트 채널이 노의 가장 가까운 벽의 방향에 연이어 있도록 리프트 채널의 상이한 측면에 배열된다. 몇몇 경우에 둘 이상의 다운파이프를 하나의 리프트 채널에 연결하여, 각각의 다운파이프의 상부 부분에 연결된 하나의 오버플로우 도관이 있는 것이 바람직할 수 있다. 양호한 실시예에 따르면, 리프트 채널은 2개의 다운파이프와 연결되고, 그 중 하나는 오버플로우 도관에 연결되고 다른 하나는 연결되지 않는다.

본 발명의 몇몇 양호한 실시예에서, 하나의 열 교환 챔버가 둘 이상의 리프트 채널에 연결될 수 있고, 이들 각각은 하나 이상의 리프트 채널에 연결될 수 있다. 가장 양호한 실시예에 따르면, 열 교환 챔버는 2개의 리프트 채널과 연결되고, 각각의 채널은 하나의 다운파이프에 연결된다. 이에 의해, 리프트 채널은 바람직하게는 열 교환 챔버의 노 쪽 부분, 리프트 채널 및 이에 연결된 다운파이프의 상부 부분이 가장 가까운 노 벽에 평행하고 인접하게 배열되는 식으로 열 교환 챔버의 반대쪽에 위치한다. 다운파이프의 양을 증가시켜, 노에 복귀되는 입자의 매우 균일한 분포를 달성할 수 있다.

하나의 리프트 채널이 2개의 다운파이프가 연결된, 본 발명에 따른 장치는 특히 입자 분리기로부터 복귀하는 고체 입자의 유동이 가스 잠금부(gas lock)의 리프트 채널에서 분할되지 않고, 가스 밀봉부의 하류측에 배열된 열 교환 챔버의 리프트 채널에서 분할되므로, 오버플로우 도관을 다운파이프에 연결할 수 있고 다운파이프는 상이한 상황에서 열 교환 면 상에서 냉각된 재료를 위한 배출 채널로 또는 냉각되지 않은 재료를 위한 오버플로우 채널로 작용할 수 있다는 점에서 공보 US 5,682,828호 및 US 6,923,128호에 공개된 장치와 상이하다.

본 발명에 따른 장치에서 냉각된 및 냉각되지 않은 고체 입자가 동일한 다운파이프를 따라 노에 복귀되므로, 배열이 간단하고 노의 하부 부분의 벽에 대해 표면적이 절감된다. 몇 개의 다운파이프가 사용될 때, 본 발명에 따른 장치의 냉각된 및 냉각되지 않은 입자 모두를 노 면적에 균질하게 분포시킬 수 있다.

열 교환 챔버의 열교환 효율이 수정될 때, 바람직하게는 입자 분리기로부터 도달한 고체 입자의 일부가 열 교환 면을 경유해 열 교환 챔버를 지나 이동하고 고체 입자의 다른 부분은 열 교환 챔버의 상부 부분으로부터 오버플로우 도관을 통해 다운파이프로 직접 제거되는 유동화 속도를 사용할 수 있다. 이에 의해, 다운파이프는 냉각된 재료를 위한 배출 채널과 냉각되지 않은 재료를 위한 오버플로우 채널 모두로 동시에 작용한다.

상술한 수정 방법에서 수행되는 바와 같이, 다운파이프에서 2가지 재료 유동을 조합하는 것은 바람직하게는 유동의 연결점에서 두 재료 유동 모두의 유동 방향이 하향일 때 유동을 서로 방해하지 않고 이루어진다. 그러므로, 오버플로우 도관은 바람직하게는 짧고 하향을 향하는 채널이다. 또한, 다운파이프와 리프트 채널의 연결 지점은 바람직하게는 다운파이프와 오버플로우 도관의 연결 지점보다 어느 정도 더 낮은 레벨이어야 한다. 재료 유동의 연결은 입자가 다운파이프의 상부 부분으로부터 그 하부 부분으로 급속히 떨어지고 정상 작동 조건에서 다운파이프는 재료 유동의 연결 지점에서 거의 비어 있다는 사실에 의해 쉬워진다.

본 발명에 따른 오버플로우 도관의 다른 의미는 이들이 열 교환 챔버의 유동화 공기에 대한 노의 하부 부분으로의 출구 경로를 또한 제공하여, 노에 특수한 출구를 배열할 필요가 없거나, 또는 종래의 것보다 작을 수 있거나, 또는 유동화 공기가 가스 밀봉부를 통해 입자 분리기로 나가는 식으로 복귀 덕트의 압력 조건을 수정할 필요가 없다는 것이다. 노의 하부 부분에 역(counter) 압력이 만연하기 때문에, 그 레벨은 노의 연소 조건에 의존하고, 물론 복귀 덕트의 가스 밀봉 후 이후 압력 레벨이 충분한 레벨에 도달했을 때에만 유동화 공기는 다운파이프를 통해 노로 나간다.

예를 들어, 2개의 다운파이프를 사용할 때, 오버플로우 도관이 두 다운파이프의 상부 부분에 배열된 특징으로 발생하는 다른 장점은, 오버플로우 도관을 통해 나가는 유동화 가스가 두 다운파이프 모두에 안내되므로, 이들은 입자 분리기로부터 복귀되는 고체 입자를 두 다운파이프 모두에 보내는 것을 어느 정도 돕는다는 것이다. 입자 유동의 다운파이프로 및 이를 따라 전체 노 면적으로 가능한 한 균질하고 균일한 분포는 노의 효율적인 연소를 돕고 연소시 생성되는 배기가스의 최소화를 가능하게 한다.

열 교환 챔버, 리프트 채널, 다운파이프의 상부 부분은 바람직하게는 일체형 독립체(integral entity)를 형성하고, 달리 말해, 열 교환 챔버, 리프트 채널, 다운파이프의 상부 부분은 인접한 부분이 적어도 주로 공통인 격벽을 갖는 방식으로 서로 부착되도록 형성된다. 가장 양호한 실시예에 따라, 2개의 다운파이프가 하나의 리프트 채널에 연결되고, 이들은 리프트 채널과 그 양 측면에 배열된 다운파이프가 노의 가장 가까운 벽에 평행한 일체화 구조물을 형성하는 식으로 서로 단단히 부착된다.

열 교환 챔버, 리프트 채널, 다운파이프는 완전하게 또는 부분적으로 냉각되지 않은, 달리 말해 판-구조로서, 그리고 내측 내화(refractory lined) 구조물로부터 제조될 수 있다. 그러나, 열 교환 챔버, 리프트 채널, 다운파이프의 적어도 상부 부분은 바람직하게는 적어도 주로 수관(water tube) 구조로 만들어지고, 이는 보일러의 물 또는 수증기 사이클에 연결된다. 입자 분리기와 가스 밀봉부는 바람직하게는 수관 구조물이고 열 교환 챔버, 리프트 채널, 다운파이프의 적어도 상부 부분과 일체의 수관 구조물로 만들어진다.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 하나 이상의 다운파이프가 연료용 입구와 연결된다. 바람직하게는 입자 분리기를 포함하는 노 벽에 요구되는 연료용 모든 입구가 입자 분리기의 복귀 덕트에 연결된 다운파이프에 연결되고 연료용 독립된 입구 구멍이 불필요하다. 이런 식으로 상기 벽에 필요한 입구 구멍의 총 개수가 감소하므로 벽의 면적이 절감된다. 유리하게는 노에서 연료의 충분히 균일한 분포가 달성되는 연료용 입구를 포함하는 이러한 다수의 다운파이프를 배열할 수 있다.

노에서 연료의 분배 및 혼합은 이미 비교적 큰 고체 입자 유동에서 혼합된 노에 연료를 도입하여 쉬워진다. 연료는 고온 고체 입자 유동화 혼합될 때 건조되고 따뜻해지며, 이는 노에서 연료의 점화 및 그 연소를 촉진한다.

다운파이프는 바람직하게는 연료용 주로 수직인 입구와 연결된, 연료 도입용 비-수직 부분을 포함한다. 양호한 실시예에 따라, 열 교환 챔버의 리프트 채널에 연결된 2개의 다운파이프가 있고, 이들 모두 연료용 수직 입구와 연결된 비-수직 부분을 포함한다. 이러한 비-수직 부분은 다운파이프의 상부 부분, 특히 다운파이프의 최상부 지점에 있을 수 있어, 연료용 입구가 바람직하게는 다운파이프의 전단부의 천장에 연결된다.

다른 양호한 실시예에 따르면, 연료용 입구는 다운파이프의 중심 부분, 달리 말해 다운파이프의 일 부분에 연결되고, 이는 주로 거의 수직인 다운파이프의 최상부 부분보다 적어도 어느 정도 더 낮게 위치하고, 이 부분은 그 주변보다 덜 가파르게 경사지고, 달리 말해 더 비-수직 부분이다. 이 배열의 장점은 연료가 다운파이프의 일 부분에 도입되고, 여기서 입자 분리기로부터 복귀되는 고체 입자가 비교적 고속으로 노를 향해 떨어져, 연료 입구의 연결 지점에 형성되는 막힘 위험이 매우 작다는 것이다.

다운파이프에 연결된 연료용 입구는 바람직하게는 적어도 주로 수직 또는 거의 수직 드롭 레그(vertical drop leg)이고, 이러한 드롭 레그는 일반적으로 송풍기를 포함하고, 이에 의해 드롭 레그에서 연료의 유동이 보장된다. 본 발명에 따라, 연료환실의 유동화 가스가 적어도 부분적으로 다운파이프를 통해 노로 나가서, 상기 유동화 가스가 연료의 노로의 유동을 또한 보장한다.

본 발명은, 입자 분리기의 복귀 덕트에 제공된 열 교환 챔버를 갖고, 그 열교환 효율이 수정될 수 있으며, 이로부터 고체 입자가 모든 조건에서 노 면적에서 균일하게 분포한, 콤팩트하고 효율적인 순환 유동층 보일러를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 아래에 보다 상세히 설명된다.
도 1은, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 순환 유동층 보일러를 예시하는 개략도.
도 2는, 리프트 채널과 그와 함께 연결된 다운파이프의 양호한 배열의 개략 수직 단면도.
도 3은, 리프트 채널과 그와 함께 연결된 다운파이프의 제 2 양호한 배열의 개략 수직 단면도.
도 4는, 열 교환 챔버, 리프트 채널과 그와 함께 연결된 다운파이프의 양호한 배열의 개략 수직 단면도.
도 5는, 열 교환 챔버, 리프트 채널과 그와 함께 연결된 다운파이프의 제 2 양호한 배열의 개략 수직 단면도.
도 6은, 열 교환 챔버, 리프트 채널과 그와 함께 연결된 다운파이프의 다른 양호한 배열의 개략 수평 단면도.

도 1은 노(12), 연도 가스 및 이에 혼입된 고체 입자를 위한 출구 채널(14), 입자 분리기(16), 보일러로부터 청소된 연도 가스를 전달하기 위한 연도 가스 채널(18) 및 복귀 덕트(20)를 갖는, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 순환 유동층 보일러(10)를 예시하고, 복귀 덕트를 따라 입자 분리기에서 분리된 입자의 적어도 일 부분이 노의 하부 부분으로 복귀된다. 가스가 노로부터 복귀 덕트(20)를 통해 입자 분리기(16)로 유동하는 것을 방지하기 위한 가스 밀봉부(22)와 유동화 열 교환 챔버(24)가 복귀 덕트에 배열된다.

노(12)는 제 2 연소 가스(28)를 어느 정도 더 높은 레벨에 도입하는 수단 및 노의 하부에 유동화 가스로서 작용하는 제 1 연소 가스(26)를 도입하기 위한 유동화 노즐과 소위 윈드 박스(wind box)와 같은, 종래의 장치와 연결된다. 유동화 가스와 연소 가스는 일반적으로 공기이지만, 이들은 순환된 연도 가스 및/또는 산소 또는 그 혼합물을 포함할 수도 있다. 노의 벽은 연료, 층(bed) 재료와 황-결합 재료를 노(12)에 도입하기 위한 종래의 도관(30)을 포함할 수 있다. 노의 벽(32)은 노의 하부 부분의 수관 벽이 방화 재료로 내부에 라이닝되어(lined) 있도록 수관 구조물로 만들어진다.

과열기, 재열기, 절탄기 및 연소 공기용 예열기와 같은, 연도 가스 채널(18)에 상이한 열교환기가 일반적으로 있다. 연도 가스 채널은 또한 연도 가스용 상이한 세척 장치(예를 들어, 집진기)뿐만 아니라, 질소산화물과 이산화황을 제거하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 이러한 장치는 본 발명에서 중요하지 않기 때문에, 도 1에 도시되지 않는다.

대형 순환 유동층 보일러의 노(12)는 2개의 긴 변과 2개의 짧은 변을 갖는, 일반적으로 직사각형인 수평 단면을 갖는다. 대형 순환 유동층 보일러에서, 일반적으로 노의 하나의 긴 변에 인접하게 위치한 2, 3 또는 4개의 입자 분리기, 또는 노의 두 개의 긴 변에 인접하게 배열된, 4, 6, 또는 8개의 입자 분리기가 있다. 그러므로, 도 1은 일례로서 단 하나의 입자 분리기(16)만을 도시하지만, 더 많은 입자 분리기를 가질 수 있고, 이들은 노의 양 변에 배열될 수 있다고 이해해야 한다.

순환 유동층 보일러(10)를 사용할 때, 입자 분리기(16)에 의해 분리된 고온을 갖는 고체 입자가 가스 밀봉부(22)로부터 열 교환 챔버(24)의 유동층의 상부 표면으로 전달된다. 그 하부 부분에 하부 구멍(36)을 갖는, 열 교환 챔버에 연결된 리프트 채널(34)이 있고, 이 구멍을 통해 고체 입자를 열 교환 챔버의 하부 부분으로부터 리프트 채널로 전달할 수 있다. 리프트 채널(34)의 상부 부분에서, 상부 구멍(38)이 있고, 이를 통해 리프트 채널의 유동화 수단(40)을 통해 공급되는 유동화 가스 유동에 의해 고체 입자를 리프트 채널과 연결되게 배열된 다운파이프(42)의 상부 부분에 전달할 수 있다. 도 2 및 도 3의 리프트 채널(34)과 다운파이프(42)의 수직 단면도에서 알 수 있듯이, 다운파이프(42)는 바람직하게는 리프트 채널(34)의 양 변에 배열될 수 있다. 고체 입자는 바람직하게는 다운파이프(42)의 하부 부분으로부터 노(12)의 하부 부분에 직접 안내된다.

오버플로우 도관(44)은 각각의 다운파이프(42)의 상부 부분과 열 교환 챔버(24)의 상부 부분 사이에 배열되고, 이를 통해 열 교환 챔버(24)의 유동화 가스가 다운파이프로 이를 통해 노로 나갈 수 있다. 오버플로우 도관(44)은 바람직하게는 리프트 채널(34)의 상부 구멍(38)보다 어느 정도 높은 레벨에서 다운파이프(42)에 연결된다. 오버플로우 도관(44)으로부터 나가는 유동화 가스는 다운파이프(42)가 열린 상태를 유지하는 것을 돕는다. 동시에, 각각의 다운파이프를 통해 나가는 열 교환 챔버의 유동화 가스는 고체 재료를 개개의 다운파이프에 및 전체 노(12)의 면적에 균질하게 분배하는 것을 돕는다.

열 교환 챔버(24)는 열 교환 면(46), 예를 들어, 보일러의 과열기 표면을 갖고, 이에 의해 입자 분리기에 의해 분리된 고온 고체 입자로부터 열교환 매체, 예를 들어, 과열될 수증기에 열을 전달할 수 있다. 열교환 효율은 열 교환 챔버의 유동화 속도를 바꿔 어느 정도 수정될 수 있다, 달리 말해, 유동화 가스의 유속은 유동화 수단(48)을 통해 열 교환 챔버를 통해 유동하도록 도입된다. 열교환 효율을 수정하는 다른 방법은 입자 분리기(16)에 의해 분리된 고체 입자의 일 부분만이 열 교환 챔버로부터 리프트 채널을 통해 나가는 식으로 리프트 채널(34)의 유동화 속도를 수정하는 것이다. 이에 의해, 열 교환 챔버(24)의 유동층의 표면이 열 교환 챔버의 상부 부분에서 오버플로우 도관(44)의 레벨로 상승하고 고체 입자가 오버플로우 도관을 또한 통해 나가기 시작한다. 도 2 및 도 3에서 알 수 있듯이, 오버플로우 도관(44)은 분리된 고체 입자를 다운파이프(42)의 상부 부분에 직접 안내한다.

리프트 채널의 유동화 속도가 충분할 때, 모든 분리된 고온 고체 입자가 열 교환 챔버(24)의 하부로부터 리프트 채널(34)을 통해 나간다. 이에 의해, 가능한 한 많은 양의 고온 입자가 열 교환 면(46)의 근처를 또한 통과하고, 열 교환 챔버의 열교환 효율도 최대가 된다. 다른 극단은 모든 재료가 오버플로우 도관(44)을 통해 나가는 낮은 효율을 갖는 리프트 채널(34)에서 재료를 유동화하여, 열 교환 챔버(24)의 열교환 효율이 그 최소가 되는 것이다. 제 3의 대안은 리프트 채널(34)의 이러한 유동화 속도를 이용하는 것이고, 이에 의해 재료의 일부가 리프트 채널(34)을 통해 나가고 다른 부분은 오버플로우 도관(44)을 통해 나간다. 이 방식에서 열교환 효율이 연속적이고 정확하게 수정될 수 있다.

연료용 입구(50), 바람직하게는 수직 또는 부분적으로 경사진 드롭 레그가 도 2의 다운파이프(42)의 천장에 연결된다. 드롭 레그는 바람직하게는 공기용 입구(52)에 연결되고, 이를 통해 연료의 하방향 유동을 촉진하기 위해 공기 또는 다른 가스를 도입할 수 있다. 연료가 다운파이프(42)에 들어갈 때, 이는 복귀될 고체 입자의 유동과 혼합된다. 연료보다 따뜻한 고체 입자 유동은 노(12)에 들어가 신속히 점화 및 연소하는 방식으로 연료를 건조 및 예열한다. 동시에, 오버플로우 도관(44)을 나가는 가스가 연료의 노로의 유동을 강화한다.

도 3은 일 부분(54)에 연결된 연료용 입구(50)를 갖는다는 점에서 도 2에 공개된 것과 상이한 다른 배열을 공개하고, 이 부분은 다운파이프(42)의 중앙 부분에, 달리 말해 그 최상부 지점보다 적어도 약간 낮은 레벨로 배열되고, 이는 주변 부분보다 덜 급격하게 경사져 있다. 상기 배열의 장점은 열 교환 챔버로부터 복귀되고 다운파이프를 따라 떨어지는 고체 재료의 유동이 연료용 입구에서 비교적 고속에 이미 도달하여, 이로서 입구(50)로부터 떨어지는 연료를 효과적으로 당긴다는 것이다.

도 4는 도 3에 상응하는, 순환 유동층 보일러의 열 교환 챔버(24), 이에 연결된 리프트 채널(34) 및 본 발명에 따라 리프트 채널에 연결된 다운파이프(42)의 배열의 개략 수평 단면도를 공개한다. 도 4에서 알 수 있듯이, 리프트 채널(34)과 다운파이프(42)는 노(12)의 가장 가까운 벽(32')에 평행하게 연이어 배열되어 있다. 그러므로, 열 교환 챔버(24), 리프트 채널(34) 및 다운파이프(42)는 콤팩트한 독립체를 형성하고, 이는 유익하게는 연료 전달 시스템에 연결될 수 있고 필요하면 노에 매우 가깝게 배열될 수 있다.

도 4에 따른 배열에서, 다운파이프(42)의 중앙 부분의 비-수직 부분(54)이 노(12)의 측벽(32')과 로빙 스크류(robbing screw)와 같은, 연료를 연료용 입구로 또는 드롭 레그로 전달하는 분배용 컨베이어(56)를 따라 향하고, 공통 컨베이어(58), 예를 들어, 플라이트 컨베이어(flight conveyor)로부터 연료를 바람직하게는 열 교환 챔버(24)를 지나 노의 측벽(32')에 수직으로 가게 한다. 이에 의해, 연료를 다수의 분배용 컨베이어(56)로 가게 하는 공통 컨베이어(58)가 바람직하게는 노에서 볼 때 열 교환 챔버(들) 뒤에 위치할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 배열에서, 연료 컨베이어를 열 교환 챔버(들)(24)와 노 사이에 위치할 필요가 없다.

본 발명에 다른 순환 유동층 보일러의 노, 입자 분리기 및 이에 연결된 열 교환 챔버와 그 사이의 장치와 채널은 전형적으로 모두 보일러의 고체 지지 구조물로부터 현가된 구조물이다. 특히 대형 보일러에서, 지지 구조물을 가능한 한 작게 유지하여 상당히 절감할 수 있다. 그러므로, 열 교환 챔버와 본 발명에 따라 노에 가까운 이에 연결된 채널의 콤팩트한 배열은 전체 발전소의 총 건설비를 크게 절감한다.

도 5는 열 교환 챔버(24), 이에 연결된 리프트 채널(34) 및 본 발명에 따라 순환 유동층 보일러(10)의 리프트 채널에 연결된 다운파이프(42)의 개략 수직 단면도를 공개한다. 도 5의 배열은 열 교환 챔버(24)에 연결된 2개의 리프트 채널(34)이 있다는 점에서 도 4의 배열과 다르고, 이들은 열 교환 챔버(24)의 각 변에 있다. 리프트 채널에 연결된 다운파이프(42)는 노(12)의 가장 가까운 측벽(32')에 평행한 리프트 채널에 인접한다. 그러므로, 도 5에 예시된 배열에서, 열 교환 챔버(24), 리프트 채널(34)과 다운파이프(42)의 상부 부분은 노(12)의 가장 가까운 측벽(32')에 평행하게 연이어 배열되어 있다.

도 5에 공개된 배열에서 연료용 입구는 도 2의 배열과 유사한 방식으로, 다운파이프(42)의 천장에 연결된다. 그러나, 리프트 채널과 다운파이프의 상기 배열은 연료용 입구가 도 4에서와 같이 다운파이프의 중앙 부분에서 덜 가파르게 경사진 지점에 연결되는 식으로 수정될 수도 있다. 도 5의 배열은 열 교환 챔버(24), 리프트 채널(34)과 다운파이프(42)가 노의 가장 가까운 벽(32')에 수직인 방향으로 특히 콤팩트한 독립체를 형성할 수 있고, 이는 필요하면 노(12)에 가깝게 배열될 수 있으므로 특히 유익하다. 이 배열의 단점은 다운파이프(42)가 열 교환 챔버(24)로부터 이격되어 있으므로, 열 교환 챔버(24)의 상부 부분으로부터 다운파이프(42)의 상부 부분으로 통하는 오버플로우 도관이 단순한 구멍일 수 없고, 독립된 짧은 채널(44')이어야 한다는 점이다.

도 6은 열 교환 챔버(24), 2개의 리프트 채널(34) 및 이에 연결된 다운파이프(42)를 위치하는 또 다른 방식을 공개한다. 도 6에 따른 배열에서, 리프트 채널(34)과 다운파이프(42)가 노의 가장 가까운 측벽(32')에 수직인 열 교환 챔버(24)의 벽과 연결 배열된다. 그러므로, 열 교환 챔버(24)와 노(12) 사이의 거리가 짧게 유지될 수 있고 오버플로우 도관(44)이 다운파이프(42)와 열 교환 챔버(24) 사이에서 벽의 단순한 구멍이다. 이 도면은 주변의 다운파이프(42)보다 덜 가파르게 경사부(54)로 연료용 입구(50)를 배열하는 2가지 상이한 방식을 또한 예시한다. 도 6의 상부 부분은 다운파이프(42)의 덜 가파르게 경사부(54)가 노(12)의 측벽(32')에 평행하게 향하여, 노(12)로부터 열 교환 챔버(24)의 거리가 최소화될 수 있는 배열을 공개한다. 상응하여, 도 6의 하부 부분은 덜 가파르게 경사부(54)가 노(12)를 향해 배열되어, 이 구조물이 노의 측벽(32')의 방향으로 어느 정도 더 간단하고 좁은 배열을 공개한다.

본 발명은 예시적인 배열에 관해 상술되었지만, 본 발명은 공개한 실시예의 다양한 조합 또는 수정을 또한 포함한다. 특히 리프트 채널과 다운파이프의 개수와 기하학적 형상은 도 1 내지 도 6에 공개한 것으로부터 변경될 수 있다. 그러므로, 본원에 공개한 예시적인 실시예는 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니고, 몇몇 다른 실시예가 본 발명에 또한 포함되고, 상기 실시예는 첨부된 청구범위 및 그 안의 정의에 의해서만 한정된다.

Claims (14)

1. 순환 유동층 보일러(10)로서,
   탄소질 연료를 연소하기 위한 노와, 상기 노로부터 연료 연소시 생성되는 고체 입자와 연도 가스를 제거하기 위해 상기 노의 상부 부분에 연결되어 있는 적어도 하나의 출구 채널(14)을 포함하고, 각각의 출구 채널은, 상기 보일러 밖으로 고체 입자가 청소된 연도 가스를 운반하기 위한 연도 가스 채널(18)과, 분리된 고체 입자를 상기 노의 하부 부분에 운반하기 위한 복귀 덕트(return duct)(20)가 부착된 입자 분리기(16)를 구비하며, 상기 복귀 덕트(20)는, 가스 밀봉부(gas seal)(22), 열 교환 챔버(24), 리프트 채널(34), 및 오버플로우 도관(overflow conduit)(44)을 구비하고, 상기 가스 밀봉부를 빠져나가는 고체 입자는 상기 열 교환 챔버(24)의 상부 부분으로 안내되고 상기 열 교환 챔버의 하부 부분으로부터 상기 리프트 채널(34)을 통해 상기 노로, 또는 상기 열 교환 챔버의 상부 부분으로부터 상기 오버플로우 도관(44)을 통해 상기 노로 직접 안내되는, 순환 유동층 보일러(10)에 있어서,
   하나 이상의 다운파이프(downpipe)(42)는 상기 리프트 채널(34)과 연결되어 배열되고, 상기 다운파이프는 그 상부 부분이 상기 리프트 채널(34)의 상부 부분과 유동 연결되고 그 하부 부분이 상기 노(12)의 하부 부분과 유동 연결되도록 연결되며, 상기 오버플로우 도관(44)은 상기 다운파이프의 상부 부분과 직접 유동 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
2. 제 1항에 있어서, 다운파이프(42)는 상기 리프트 채널(34)의 2개의 독립된 면 위에 배열되고, 상기 다운파이프는, 상기 리프트 채널과 상기 다운파이프의 상부 부분이 상기 노(12)의 가장 가까운 벽(32')의 방향으로 연이어 있도록 상기 오버플로우 도관(44)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
3. 제 1항에 있어서, 상기 열 교환 챔버(24)의 2개의 서로 대향하는 면은 리프트 채널(34)을 구비하고, 상기 리프트 채널은 다운파이프(42)와 연결되고 상기 다운파이프는 상기 열 교환 챔버, 상기 리프트 채널, 및 상기 다운파이프의 상부 부분이 상기 노(12)의 가장 가까운 벽(32')의 방향으로 연이어 있도록 오버플로우 도관(44')과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
4. 제 1항에 있어서, 리프트 채널(34)과 다운파이프(42)는 상기 열 교환 챔버(24)의 2개의 측벽과 연결 배열되고, 상기 측벽은 상기 노의 가장 가까운 벽(32')에 수직이며, 상기 측벽은 오버플로우 도관(44)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
5. 제 1항에 있어서, 상기 열 교환 챔버(24), 상기 리프트 채널 또는 리프트 채널들(34), 상기 다운파이프(42)의 상부 부분, 및 상기 오버플로우 도관(44)은 일체형 독립체(integral entity)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
6. 제 5항에 있어서, 상기 열 교환 챔버(24), 상기 리프트 채널 또는 리프트 채널들(34), 상기 다운파이프(42)의 상부 부분, 및 상기 오버플로우 도관(44)은 수관 구조물(water tube construction)로 제조되는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
7. 제 1항에 있어서, 상기 오버플로우 도관(44)은 상기 리프트 채널(34)보다 높은 레벨에서 상기 다운파이프(42)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
8. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 다운파이프(42)는 연료용 입구(50)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
9. 제 8항에 있어서, 상기 연료용 입구(50)는 상기 다운파이프(42)의 경사부(54)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
10. 제 9항에 있어서, 상기 경사부(54)는 상기 다운파이프의 천장을 형성하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
11. 제 9항에 있어서, 상기 경사부(54)는 상기 다운파이프의 최고 지점 아래에 경사진 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
12. 제 8항에 있어서, 상기 연료용 입구(50)는 드롭 레그(drop leg)인 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
13. 제 8항에 있어서, 상기 연료용 입구(50)는 연료를 전달하는 분배용 컨베이어(56)에 부착되고, 상기 컨베이어는 상기 열 교환 챔버(24)를 따라 직접 상기 노(12)를 향한 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.
14. 제 13항에 있어서, 상기 분배용 컨베이어(56)는 연료를 전달하는 공통 컨베이어(58)와 연결되고, 상기 공통 컨베이어는 상기 노에서 볼 때 상기 열 교환 챔버(24) 뒤에서, 상기 노(12)의 가장 가까운 벽(32')과 정렬 배열되는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러.

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