KR101294005B1 - 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치 - Google Patents

고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101294005B1
KR101294005B1 KR1020120092069A KR20120092069A KR101294005B1 KR 101294005 B1 KR101294005 B1 KR 101294005B1 KR 1020120092069 A KR1020120092069 A KR 1020120092069A KR 20120092069 A KR20120092069 A KR 20120092069A KR 101294005 B1 KR101294005 B1 KR 101294005B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water
heat
fluidized bed
heat medium
medium
Prior art date
Application number
KR1020120092069A
Other languages
English (en)
Inventor
박상일
최경빈
고창복
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020120092069A priority Critical patent/KR101294005B1/ko
Priority to US13/733,968 priority patent/US9360232B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101294005B1 publication Critical patent/KR101294005B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
    • F24H1/205—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes with furnace tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
    • F23C10/04—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D13/00—Heat-exchange apparatus using a fluidised bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F24D2200/18—Flue gas recuperation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage

Abstract

본 발명은 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치에 관한 것으로, 그 목적은 연소장치로부터 배출되는 고온의 수증기를 함유한 연소 배가스의 폐열을 물 유동층과 열매체 유동층을 순차적으로 통과시켜 물 유동층에서 연소 배가스의 응축잠열로부터 습공기 포화온도로 생산된 온수를 수증기 응축현상이 없는 열매체 유동층에서 재차 가열하여 습공기의 포화온도 이상의 고온 온수로 생산하는 유동층 열교환 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 상부 다공판(111) 위에 형성된 물유동층(112)과 하부 다공판(113)에 위에 형성된 열매체유동층(114)이 상하로 설치 구성되고, 상기 물유동층과 열매체유동층에 각각 설치된 상부 전열관(115)과 하부 전열관(116)을 순차적으로 흐르는 급수가 외부 연소장치(3)로부터 배출되어 공급된 고온 배가스에 의해 유동하는 물 및 열매체에 의해 다단 열교환되어 고온의 온수를 생산하는 복합 유동층열교환기(1)와; 비중차에 의해 상하 분리 저장되는 열매체와 물을 상기 복합 유동층열교환기의 하부 열매체유동층과 상부 물유동층에 각각 공급 및 회수하는 유동매체탱크(2);로 구성된 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치를 발명의 특징으로 한다.

Description

고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치{A fluidized bed heat exchanger to produce high temperature water by recovering waste heat from flue gas}
본 발명은 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치에 관한 것으로, 자세하게는 연소장치로부터 배출되는 다량의 수증기를 함유한 고온의 배가스 폐열을 회수하여 고온의 온수를 생산하기 위해 물유동층과 열매체유동층을 복층으로 구성하여 상부 물유동층에서 1차로 저온의 급수를 승온시킨 후 하부 열매체유동층에서 2차로 80℃ 이상의 고온수를 생산토록 한 유동층 열교환 장치에 관한 것이다.
일반적으로 여러 산업현장에 설치된 연소로 또는 연소장치에서 배출되는 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하기 위해 열교환기가 설치된다.
하지만 일반적인 고온의 배가스와 직접 열교환용 전열관을 구비한 열교환기에서는 배가스 내에 함유된 오염물질과 부식성의 가스성분이 열교환기의 전열관 표면에 오염물질이 축척되어 전열 효율을 감소시키고 또한 심한 경우에는 배가스의 유로를 막는 현상이 발생할 수 있고, 또한 전열관 표면에 고착된 오염물질로 인하여 전열관 표면 재질에 대한 저온 부식현상을 일으킬 수 있는 문제점이 있었다.
상기한 종래 열교환기의 문제점을 해결하기 위해 제시된 장치로 물유동층 열교환기가 있다. 물유동층 열교환기는 고온 배가스에 함유된 수증기의 응축 잠열을 전열관을 통해 효율적으로 회수하면서도 다공판을 통해 상승하는 배가스가 물을 유동시키면서 전열관과 열교환함으로써 부식성 배가스에 의한 전열관의 전열효율 저하 또는 오염물질 고착에 의한 저온부식 현상을 예방하게 되었다.
이와 같은 장점에도 불구하고 종래의 물유동층 열교환기는 폐열을 회수하여 온수 생산시 급수의 온도를 고온배가스와 물이 유동하는 물 유동층에서의 습공기 포화온도인 대략 55℃ 이상으로 승온할 수 없다는 구조적 문제점으로 인해 물유동층 열교환기에 의한 연소장치의 열효율 향상은 제한적이며, 온수의 사용처도 포화온도 이하로 제한적이어서 물유동층 열교환기의 적용이 어려울 수 있다는 단점을 가진다는 한계도 가진다.
국내특허공개공보 공개번호 10-2012-0020810(2012.03.08.) 국내특허등록공보 등록번호 10-1118509(2012.02.14) 국내특허등록공보 등록번호 10-0242226(1999.11.09) 국내특허등록공보 등록번호 10-0213303(1999.05.13.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 연소장치로부터 배출되는 고온의 수증기를 함유한 연소 배가스의 폐열을 물 유동층과 열매체 유동층을 순차적으로 통과시켜 물 유동층에서 연소 배가스의 응축잠열을 회수하여 습공기 포화온도 이하로 생산된 온수를 수증기 응축현상이 없는 열매체 유동층에서 재차 가열하여 습공기의 포화온도 이상의 고온 온수로 생산하는 유동층 열교환 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 상부 다공판 위에 형성된 물유동층과 하부 다공판에 위에 형성된 열매체유동층이 상하로 설치 구성되고, 상기 물유동층과 열매체유동층에 각각 설치된 상부 전열관과 하부 전열관을 순차적으로 흐르는 급수가 외부 연소장치로부터 배출되어 공급된 고온 배가스에 의해 유동하는 물 및 열매체에 의해 다단 열교환되어 고온의 온수를 생산하는 복합 유동층열교환기와;
비중차에 의해 상하 분리 저장되는 열매체와 물을 상기 복합 유동층열교환기의 하부 열매체유동층과 상부 물유동층에 각각 공급 및 회수하는 유동매체탱크로 구성된 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치를 제공함으로써 달성된다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 물유동층 상부에는 물의 액적을 제거하는 상부 데미스터가 설치되고, 상기 열매체유동층 상부에는 열매체의 액적을 제거하는 하부 데미스터가 더 포함되어 구성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 열매체는 적용처에 따라 열매체오일 또는 LiBr이나 HCOOK 중 하나의 흡수액이 사용될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 복합 유동층열교환기의 형상은 사각통형 구조로 이루어지되, 상부 일 지점부터 유로면적이 줄어들어서 상대적으로 작은 직경을 가지는 원통형 배가스 배출구가 형성될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 상부 전열관은 하부 전열관과 연결되도록 구성되고, 상부전열관의 일측단은 복합 유동층열교환기의 외부에 형성된 급수펌프와 급수배관을 통해 저온의 급수가 공급되도록 구성되며, 하부 전열관은 전열관 연결배관과 연결되지 않은 타측단이 고온수 배출배관을 통해 열교환된 고온의 온수가 배출되도록 구성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 복합유동층열교환기의 일측면에는 물유동층의 상부쪽으로 물이 공급되도록 물공급구가 형성되고, 물공급구 하부 일지점에는 오버플로우된 물유동층의 물이 유동매체탱크로 회수되도록 하는 물배출구가 형성될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 복합유동층열교환기의 일측면에는 열매체유동층의 상부쪽으로 열매체가 공급되도록 열매체공급구가 형성되고, 열매체공급구 하부 일지점에는 오버플로우된 열매체유동층의 열매체가 유동매체탱크로 회수되도록 하는 열매체배출구가 형성될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 유동매체탱크는 하부에는 물 저장부가 형성되고, 상부에는 물보다 비중이 작은 열매체를 저장하는 열매체 저장부가 형성되며, 물 저장부와 열매체 저장부 사이는 물 저장부와 열매체 저장부의 직경보다 작은 직경을 가지는 유동매체 연결부로 구성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 열매체 저장부의 일측면에는 열매체 유출구가 형성되고, 이 열매체 유출구보다 하부에는 열매체 회수구가 형성되어, 열매체 유출구를 통해 배출된 열매체가 열매체 공급배관 및 열매체펌프를 통해 열매체 유동층에 공급된 후, 열매체회수배관을 통해 오버플로우된 열매체유동층의 열매체가 열매체 회수구로 회수되도록 구성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 물 저장부의 일측면에는 물 유출구가 형성되고, 이 물매체 유출구의 상부에는 물 회수구가 형성되어, 물 유출구를 통해 배출된 물이 물 공급배관 및 물펌프를 통해 물유동층에 공급된 후, 물회수배관을 통해 오버플로우된 물유동층의 물이 물 회수구로 회수되도록 구성할 수 있다.
상기와 같이 본 발명은 수증기를 함유한 고온의 연소 배가스를 물유동층으로 통과시키면서 배가스의 응축잠열을 1차로 회수하여 습공기 포화온도인 약 55℃ 이하의 온수를 생산 후, 생산된 온수를 재차 열매체 유동층으로 통과시키면서 가열시켜 2차로 약 80℃ 이상의 고온 온수로 생산할 수 있다는 장점과,
또한 상부에 위치한 물유동층과 하부에 위치한 열매체 유동층에 설치된 전열관 배열 사이의 물유동층 및 열매체 유동층을 형성하여 물 및 열매체의 유동화로 인하여 열교환기의 전열 성능을 크게 향상시킬 수 있다는 장점과,
또한 부식성 배가스가 물 및 열매체에 의해 유동화되어 부식성분의 농축을 억제하여 유동층 열교환기 전열관 표면의 저온 부식 문제를 해결하면서 전열관 표면의 자체 청소 효과를 얻을 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 물유동층과 열매체유동층이 다중 형성된 유동층 열교환장치의 개략적인 구조도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 물유동층과 열매체유동층이 다중 형성된 유동층열교환장치의 개략적인 구조도로 고온 연소 배가스의 폐열을 회수하여 고온 의 온수를 생산하기 위한 물유동층과 열매체유동층이 상하로 형성된 유동층열교환기에 대한 개념적인 구조를 도시하고 있다.
도시된 본 발명의 유동층열교환장치는 상부 다공판(111) 위에 형성된 물유동층(112)과 하부 다공판(113)에 위에 형성된 열매체유동층(114)이 상하로 설치 구성되고, 상기 물유동층과 열매체유동층에 각각 설치된 상부 전열관(115)과 하부 전열관(116)을 순차적으로 흐르는 급수가 외부 연소장치(3)로부터 배출되어 공급된 고온 배가스에 의해 유동하는 물 및 열매체에 의해 다단 열교환되어 고온의 온수를 생산하는 복합 유동층열교환기(1)와;
비중차에 의해 상하 분리 저장되는 열매체와 물을 상기 복합 유동층열교환기의 하부 열매체유동층과 상부 물유동층에 각각 공급 및 회수하는 유동매체탱크(2);로 구성된다.
상기 열매체는 적용처에 따라 열매체오일 또는 LiBr이나 HCOOK 중 하나의 흡수액이 사용된다.
상기 물유동층(112) 상부에는 물의 액적을 제거하는 상부 데미스터(117)가 설치되고, 상기 열매체유동층 상부에는 열매체의 액적을 제거하는 하부 데미스터(118)가 설치된다.
상기 복합 유동층열교환기(1)의 형상은 사각통형 구조로 이루어지되, 상부 일 지점부터 유로면적이 줄어들어서 상대적으로 작은 직경을 가지는 원통형 배가스 배출구(119)가 형성되어 배가스를 배출되도록 구성된다.
상기 상부 전열관(115)은 하부 전열관과 연결되도록 구성되고, 상부전열관의 일측단은 복합 유동층열교환기의 외부에 형성된 급수펌프와 급수배관을 통해 저온의 급수가 공급되도록 구성되며, 하부 전열관은 전열관 연결배관과 연결되지 않은 타측단이 고온수 배출배관을 통해 열교환된 고온의 온수가 배출되도록 구성된다.
상기 연소장치(3)로부터 배출된 고온 배가스는 송풍기(31) 및 배가스공급배관(32)을 통해 복합유동층열교환기의 하단부에 형성된 배가스 유입구(121)를 통해 하부 다공판(113) 하부에 형성된 공간으로 유입된 후 하부 다공판(113)에 형성된 복수개의 홀을 통과하여 열매체를 유동시키면서 하부 전열관(116)과 열교환하고, 이후 하부 데미스터(118)를 통과하면서 열매체 액적이 제거된 상태로 상부 다공판(111)에 형성된 복수개의 홀을 통과하면서 물을 유동시키면서 상부 전열관(115)와 열교환하고 다시 상부 데미스터(117)을 통해 물 액적이 제거된 상태로 배가스 배출구(119)를 배출되게 구성된다.
상기 상부 및 하부 전열관은 수평방향 또는 수직방향으로 2열 이상으로 다중 배열된 전열관이다. 배열방식은 어떤 배열 방식이든 상관 없다.
상기 상부전열관(115)의 일측단은 복합 유동층열교환기(1)의 외부에 형성된 급수펌프(4)와 급수배관(41)을 통해 저온의 급수가 공급되도록 구성된다.
상기 하부 전열관(116)은 전열관 연결배관(120)과 연결되지 않은 타측단이 고온수 배출배관(42)을 통해 열교환된 고온의 온수가 배출되도록 구성된다. 여기서 고온이라 함은 물유동층에 승온된 습가스의 포화온도 약 55℃ 보다 높은 약 80℃ 이상의 온수 온도를 말한다. 온수 온도의 상한치는 열매체의 종류에 따라 차이가 나는데 100℃ ~ 120℃ 정도이다. 본 발명에서 중요한 것은 온수의 온도가 80℃ 이상으로 생산 가능하다는 것이다.
상기 복합유동층열교환기(1)의 일측면에는 물유동층(112)의 상부쪽으로 물이 공급되도록 물공급구(1121)가 형성되고, 물공급구 하부 일지점에는 오버플로우된 물유동층의 물이 유동매체탱크(2)로 회수되도록 하는 물배출구(1122)가 형성된다.
상기 복합유동층열교환기(1)의 일측면에는 열매체유동층(114)의 상부쪽으로 열매체가 공급되도록 열매체공급구(1141)가 형성되고, 열매체공급구 하부 일지점에는 오버플로우된 열매체유동층의 열매체가 유동매체탱크(2)로 회수되도록 하는 열매체배출구(1142)가 형성된다.
상기 유동매체탱크(2)는 물과 열매체가 비중차에 의해 분리 저장되는 구조로 구성된다. 이를 위해 유동매체탱크(2)는 하부 물 저장부(21)와 상부에 물보다 비중이 작은 열매체를 저장하는 열매체 저장부(22)가 형성되고, 물 저장부(21)와 열매체 저장부(22) 사이를 연결하는 물 저장부(21)와 열매체 저장부(22)의 직경보다 작은 직경을 가지는 유동매체 연결부(23)로 구성된다. 여기서 유동매체 연결부의 형상을 오목하게 형성한 이유는 중간의 유로면적이 줄고, 높이가 길 경우, 열매체와 물의 분리가 유리하기 때문이다. 즉 적은 량의 변화에도 열매체와 물의 경계층의 높이가 쉽게 변하기 때문이다.
상기 열매체 저장부(22)의 일측면에는 열매체 유출구(221)가 형성되고, 이 열매체 유출구보다 하부에는 열매체 회수구(222)가 형성된다. 열매체 유출구(221)는 열매체 공급배관(2211) 및 열매체펌프(2212)를 통해 상기 열매체공급구(1141)와 연결되어 열매체가 공급되어 열매체유동층이 형성되도록 하고, 열매체 회수구(222)는 상기 열매체배출구(1142)와 열매체회수배관(2213)이 연결되어 오버플로우된 열매체유동층의 열매체가 회수되도록 구성된다.
상기 물 저장부(21)의 일측면에는 물 유출구(211)가 형성되고, 이 물매체 유출구의 상부에는 물 회수구(212)가 형성된다. 물 유출구(211)는 물 공급배관(2111) 및 물펌프(2112)를 통해 상기 물공급구(1121)와 연결되어 물이 공급되어 물유동층이 형성되도록 하고, 물 회수구(222)는 상기 물배출구(1122)와 물회수배관(2113)이 연결되어 오버플로우된 물유동층의 물이 회수되도록 구성된다.
상기에서 열매체 회수구(222) 및 물 회수구(222)를 통해 회수되는 액체는 순수한 열매체 또는 물 만이 아닌 서로 혼합된 액체가 회수될 수도 있지만, 본 발명의 유동매체탱크(2)가 비중차를 이용 물과 열매체가 분리 저장되는 구조로 구성되고, 각 저장부가 폐쇄 분리된 구조가 아니어서 일정 시간이 지나면 비중차에 의해 분리 되어 항시 안정적인 열매체와 물이 공급되게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 1을 참조하여 이하 설명한다.
연소장치(3)에서 발생된 수증기를 함유한 고온의 배가스를 송풍기(31) 및 배가스공급배관(32)을 통해 복합유동층열교환기(1)의 배가스유입구(121)로 공급한다.
복합유동층열교환기(1)로 공급된 배가스는 하부 다공판(113)을 지나면서 열매체유동층(114)의 열매체를 유동화시키고, 이때 열매체 유동층(114) 내의 하부 전열관(116)과 열교환하여 상부 전열관(115)에서 1차 승온된 전열관 내 온수를 재차 가열하여 80℃ 이상의 고온 온수를 생산하게 된다. 이때 열매체 유동층의 상부쪽에는 하부 데미스터(118)를 설치하여, 열매체의 액적이 상부로 배출되지 않은채로 상부 다공판(111)을 통과하게 된다.
이후 상부 다공판(111)을 지난 배가스는 물유동층(112) 내 설치된 상부 전열관(115)을 지나면서 급수펌프(4)로부터 공급된 저온의 급수를 1차로 가열시킨후 상부 데미스터(117)를 통해 물 액적이 상부로 배출되지 않은 상태로 배가스 배출구(119)를 통해 배출된다.
상기 상부 전열관(115)에 1차로 공급된 저온의 급수는 1차 가열후, 하부의 하부 전열관(116)으로 전열관 연결배관(120)을 통해 공급된다. 급수의 온도는 물 유동층에서의 습공기의 포화온도 이하로 제한되고 이후에 물유동층을 통과한 급수를 2차로 열매체 유동층 내의 하부 전열관 내부를 통과하면서 고온의 온수를 생산하게 된다. 여기서 고온이라 함은 80℃ 이상을 말한다.
한편, 복합유동층열교환기에서의 물 유동층과 열매체 유동층을 안정적으로 형성하기 위하여 물과 열매체를 공급 및 회수하는 유동매체탱크는 상부는 열매체가 존재하며 하부에는 물이 존재한다. 이 경우에는 열매체의 비중이 물의 비중보다 적으므로 비중의 차이에 의하여 열매체와 물이 유동매체탱크 내에서 분리된다.
열매체 유동층(114)의 형성을 위하여 유동매체탱크(2)의 상부 열매체 유출구(221)를 통해 배출된 열매체는 열매체 공급배관(2211) 및 열매체펌프(2212)에 의해 열매체 유동층으로 공급한다. 열매체 유동층에 열매체를 계속 공급하면, 열매체 유동층의 상면이 열매체배출구(1142)) 위치보다 높아지면서 오버플로우(overflow) 되는데, 오버플로우된 열매체는 다시 유동매체탱크의 열매체 회수구(222)로 공급된다. 열매체 유동층에서는 하부로부터 수증기를 함유한 배가스가 유입되므로 배가스 내의 수증기 일부가 열매체와 혼합될 수 있다. 이 경우 물 성분이 열매체와 함께 유동매체탱크의 열매체 회수구(222)로 공급되고, 여기에 포함된 물 성분은 유동매체탱크에 들어간 후, 비중의 차이에 의하여 분리되어 유동매체탱크의 하부로 내려간다. 이에 따라 열매체 유동층에 열매체 만을 열매체 펌프를 통하여 계속 공급함으로써 열매체 유동층을 안정적으로 형성할 수 있다.
한편, 배가스 내의 부식 성분이 열매체유동층(114)으로 유입되면 열매체 유동층과 혼합되며 하부 전열관의 표면에 접촉한다. 그리고 배가스 내의 수증기도 이와 함께 열매체 유동층과 혼합되며 하부 전열관 표면에 접촉한다. 이 경우 열매체는 대개 산성성분과 수증기와 반응하지 않으며 유동의 혼합에만 기여한다. 따라서 저온 부식에 대한 문제는 기존의 물 유동층과 비슷하게 해결할 수 있다. 즉, 열매체 유동층 내에서 산성 성분의 응축에 따른 농축이 없으며, 또한 배가스 내의 수증기 성분이 이것을 세척하는 효과가 있어서 열매체 유동층에서의 저온 부식의 문제는 적다.
또한 물유동층(112)을 형성하기 위하여 유동매체탱크(2)의 하부 물 저장부(21)에 저장된 물을 물 유출구(211)을 통해 배출시킨 후, 물 공급배관(2111) 및 물펌프(2112)를 이용 물유동층(112)으로 공급한다. 물 유동층에 물을 계속 공급하고, 배가스 내의 수증기가 저온의 물유동층(112)과 상부 전열관(115)에 응축되면, 물 유동층의 상면이 물배출구(1122) 위치보다 높아져 오버플로우(overflow)되게 되고, 오버플로우된 물은 다시 유동매체탱크의 하부 물 저장부(21)의 물 회수구(212)로 회수된다.
물 유동층에서는 하부로부터 열매체를 일부 함유한 배가스가 유입되므로 배가스 내의 열매체가 물 유동층의 물과 혼합될 수 있다. 이 경우, 열매체 성분이 물과 함께 유동매체탱크의 물 회수수(212)로 공급되고, 여기에 포함된 열매체 성분은 유동매체탱크에 들어간 후, 비중의 차이에 의하여 분리되어 유동매체탱크의 상부로 올라간다. 이에 따라, 물 유동층에 물 만을 물 펌프를 통하여 계속 공급하므로서, 물 유동층을 안정적으로 형성할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 복합 유동층열교환기 (2) : 유동매체탱크
(3) : 연소장치 (4) : 급수펌프
(21) : 물 저장부 (22) : 열매체 저장부
(23) : 유동매체 연결부 (31) : 송풍기
(32) : 배가스공급배관 (41) : 급수배관
(42) : 고온수 배출배관 (111) : 상부 다공판
(112) : 물유동층 (113) : 하부 다공판
(114) : 열매체유동층 (115) : 상부 전열관
(116) : 하부 전열관 (117) : 상부 데미스터
(118) : 하부 데미스터 (119) : 배가스 배출구
(120) : 전열관 연결배관 (121) : 배가스 유입구
(211) : 물 유출구 (212) : 물 회수구
(221) : 열매체 유출구 (222) : 열매체 회수구
(1121) : 물공급구 (1122) : 물배출구
(1141) : 열매체공급구 (1142) : 열매체배출구
(2111) : 물 공급배관 (2112) : 물펌프
(2113) : 물회수배관 (2211) : 열매체 공급배관
(2212) : 열매체펌프 (2213) : 열매체회수배관

Claims (10)

  1. 상부 다공판(111) 위에 형성된 물유동층(112)과 하부 다공판(113)에 위에 형성된 열매체유동층(114)이 상하로 설치 구성되고, 상기 물유동층과 열매체유동층에 각각 설치된 상부 전열관(115)과 하부 전열관(116)을 순차적으로 흐르는 급수가 외부 연소장치(3)로부터 배출되어 공급된 고온 배가스에 의해 유동하는 물 및 열매체에 의해 다단 열교환되어 고온의 온수를 생산하는 복합 유동층열교환기(1)와;
    비중차에 의해 상하 분리 저장되는 열매체와 물을 상기 복합 유동층열교환기의 하부 열매체유동층과 상부 물유동층에 각각 공급 및 회수하는 유동매체탱크(2);로 구성된 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 물유동층(112) 상부에는 물의 액적을 제거하는 상부 데미스터(117)가 설치되고, 상기 열매체유동층 상부에는 열매체의 액적을 제거하는 하부 데미스터(118)가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열매체는 적용처에 따라 열매체오일 또는 LiBr이나 HCOOK 중 하나의 흡수액이 사용되는 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합 유동층열교환기(1)의 형상은 사각통형 구조로 이루어지되, 상부 일 지점부터 유로면적이 줄어들어서 상대적으로 작은 직경을 가지는 원통형 배가스 배출구(119)가 형성된 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 전열관(115)은 전열관 연결배관(120)을 통해 하부 전열관(116)과 연결되도록 구성되고,
    상부전열관(115)의 일측단은 복합 유동층열교환기(1)의 외부에 형성된 급수펌프(4)와 급수배관(41)을 통해 저온의 급수가 공급되도록 구성되며,
    하부 전열관(116)은 전열관 연결배관(120)과 연결되지 않은 타측단이 고온수 배출배관(42)을 통해 열교환된 고온의 온수가 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합유동층열교환기(1)의 일측면에는 물유동층(112)의 상부쪽으로 물이 공급되도록 물공급구(1121)가 형성되고, 물공급구 하부 일지점에는 오버플로우된 물유동층의 물이 유동매체탱크(2)로 회수되도록 하는 물배출구(1122)가 형성된 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합유동층열교환기(1)의 일측면에는 열매체유동층(114)의 상부쪽으로 열매체가 공급되도록 열매체공급구(1141)가 형성되고, 열매체공급구 하부 일지점에는 오버플로우된 열매체유동층의 열매체가 유동매체탱크(2)로 회수되도록 하는 열매체배출구(1142)가 형성된 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동매체탱크(2)는 하부에는 물 저장부(21)가 형성되고, 상부에는 물보다 비중이 작은 열매체를 저장하는 열매체 저장부(22)가 형성되며, 물 저장부(21)와 열매체 저장부(22) 사이는 물 저장부(21)와 열매체 저장부(22)의 직경보다 작은 직경을 가지는 유동매체 연결부(23)로 구성된 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 열매체 저장부(22)의 일측면에는 열매체 유출구(221)가 형성되고, 이 열매체 유출구보다 하부에는 열매체 회수구(222)가 형성되어, 열매체 유출구(221)를 통해 배출된 열매체가 열매체 공급배관(2211) 및 열매체펌프(2212)를 통해 열매체 유동층에 공급된 후, 열매체회수배관(2213)을 통해 오버플로우된 열매체유동층의 열매체가 열매체 회수구(222)로 회수되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 물 저장부(21)의 일측면에는 물 유출구(211)가 형성되고, 이 물매체 유출구의 상부에는 물 회수구(212)가 형성되어, 물 유출구(211)를 통해 배출된 물이 물 공급배관(2111) 및 물펌프(2112)를 통해 물유동층에 공급된 후, 물회수배관(2113)을 통해 오버플로우된 물유동층의 물이 물 회수구(222)로 회수되도록 구성한 것을 특징으로 하는 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치.

















KR1020120092069A 2012-08-23 2012-08-23 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치 KR101294005B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120092069A KR101294005B1 (ko) 2012-08-23 2012-08-23 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치
US13/733,968 US9360232B2 (en) 2012-08-23 2013-01-04 Fluidized bed heat exchange apparatus for recovering heat of flue gas for producing high temperature water

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120092069A KR101294005B1 (ko) 2012-08-23 2012-08-23 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101294005B1 true KR101294005B1 (ko) 2013-08-07

Family

ID=49220037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120092069A KR101294005B1 (ko) 2012-08-23 2012-08-23 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9360232B2 (ko)
KR (1) KR101294005B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101401992B1 (ko) 2013-11-25 2014-05-30 최승욱 다단 멀티필터형 회절식 탈취기
KR101561194B1 (ko) * 2014-05-30 2015-10-20 한국에너지기술연구원 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 보일러 배가스 응축열회수 시스템 및 그 시스템의 작동방법
CN106224022A (zh) * 2016-08-30 2016-12-14 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种流体消能装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105985813A (zh) * 2015-12-29 2016-10-05 安徽晋煤中能化工股份有限公司 一种冲溅式喷头及应用冲溅式喷头的半水煤气降温方法
JP2017150745A (ja) * 2016-02-25 2017-08-31 開発電業株式会社 熱交換装置及び発電システム
EP3903047A1 (en) * 2018-12-28 2021-11-03 Magaldi Power S.P.A. Plant and method for accumulation of energy in thermal form

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0727456A (ja) * 1993-07-09 1995-01-27 Toshiba Corp ダイナミック型氷蓄熱装置
KR100296949B1 (ko) 1998-12-28 2001-10-26 손재익 다단물유동층을이용한열회수겸용집진장치

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2884373A (en) * 1954-10-20 1959-04-28 Exxon Research Engineering Co Method and apparatus for heating fluids
US5398497A (en) * 1991-12-02 1995-03-21 Suppes; Galen J. Method using gas-gas heat exchange with an intermediate direct contact heat exchange fluid
US5232586A (en) * 1992-09-25 1993-08-03 Malone Ronald F Floating media hourglass biofilter
US5537941A (en) * 1994-04-28 1996-07-23 Foster Wheeler Energy Corporation Pressurized fluidized bed combustion system and method with integral recycle heat exchanger
KR100213303B1 (ko) * 1997-03-18 1999-08-02 최수현 물 유동층을 이용한 배기가스 폐열회수용 열 교환기
KR100242226B1 (ko) 1997-06-02 2000-03-02 최수현 배기가스 폐열회수용 고체입자 순환유동층 열교환기
FR2803221B1 (fr) * 1999-12-30 2002-03-29 Air Liquide Procede et installation de separation d'air
FI20065308L (fi) 2006-05-10 2007-11-11 Foster Wheeler Energia Oy Kiertopetikattilan leijupetilämmönvaihdin ja kiertopetikattilan, jossa on leijupetilämmönvaihdin
KR101187775B1 (ko) 2010-08-31 2012-10-05 한국에너지기술연구원 고체입자 저장탱크를 구비한 다관형 순환유동층 열교환기의 자체 청소방법 및 그 자체 청소형 다관형 순환유동층 열교환기

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0727456A (ja) * 1993-07-09 1995-01-27 Toshiba Corp ダイナミック型氷蓄熱装置
KR100296949B1 (ko) 1998-12-28 2001-10-26 손재익 다단물유동층을이용한열회수겸용집진장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101401992B1 (ko) 2013-11-25 2014-05-30 최승욱 다단 멀티필터형 회절식 탈취기
KR101561194B1 (ko) * 2014-05-30 2015-10-20 한국에너지기술연구원 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 보일러 배가스 응축열회수 시스템 및 그 시스템의 작동방법
CN106224022A (zh) * 2016-08-30 2016-12-14 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种流体消能装置
CN106224022B (zh) * 2016-08-30 2017-10-13 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种流体消能装置

Also Published As

Publication number Publication date
US9360232B2 (en) 2016-06-07
US20140053792A1 (en) 2014-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101294005B1 (ko) 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치
CN104791823A (zh) 烟气净化及余热回收供热装置
CN105879596A (zh) 一种吸收式脱硫烟气除湿系统、方法及燃煤企业
EP2683463B1 (en) Process and apparatus for removing heat and water from flue gas
WO2013161574A1 (ja) Ｃｏ2回収装置およびｃｏ2回収方法
CN202012904U (zh) 锅炉余热回收系统
CN205710804U (zh) 一种转炉余热锅炉后的余热回收装置
KR101950574B1 (ko) 다중열원 동시 열회수를 위한 다단 물 유동층 열교환기를 이용한 열회수 시스템 및 열회수방법
CN104406144A (zh) 双介质余热锅炉
RU160795U1 (ru) Скруббер-теплоутилизатор
KR101561194B1 (ko) 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 보일러 배가스 응축열회수 시스템 및 그 시스템의 작동방법
CN203704733U (zh) 一种适用于清洁介质蒸发的高压卧式换热器
CN104014213A (zh) 一种定形机废气净化及热回收装置
CN203629352U (zh) 并流低位冷凝器
KR101715488B1 (ko) 다중열원 동시 열회수를 위한 응축형 물 유동층 열교환기를 이용한 열회수 시스템 및 열회수방법
Teng et al. Research on mass transfer characteristics of the flue gas dehydration using ceramic membrane transport condensers
CN105925322B (zh) 一种直立折线型高温热解气冷却及余热回收装置
CN203899378U (zh) 一种定形机废气净化及热回收装置
CN104949549B (zh) 一种外取热器
CN103712495A (zh) 一种回收利用烟气余热换热装置
KR100213303B1 (ko) 물 유동층을 이용한 배기가스 폐열회수용 열 교환기
JP7152975B2 (ja) 吸収液再生装置及びｃｏ２回収装置並びに吸収液再生方法
CN208398690U (zh) 一种电解铝烟气余热利用脱硫消白装置
CN104959006A (zh) 锅炉烟气处理塔
JP2011242023A (ja) 液体燃料給湯機

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160802

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170801

Year of fee payment: 5