KR101355691B1 - 미분기 및 이를 포함하는 석탄 연소 시스템 - Google Patents

Abstract

보일러로부터 배출되는 연소 가스를 유입 받아 내부로 분사하는 적어도 하나의 불활성 가스 분사기를 구비한 미분기가 개시된다. 이로써, 미분기 내부에서 화재가 발생될 위험을 줄일 수 있다.

Description

미분기 및 이를 포함하는 석탄 연소 시스템{Pulverizer and Coal Burning System having the same}

본 발명은 미분기 및 이를 포함하는 석탄 연소 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석탄을 미분탄으로 만들어 연소하는 동안 미분기 내부에서 화재가 발생되는 것을 예방하는 미분기 및 이를 포함하는 석탄 연소 시스템에 관한 것이다.

석탄을 연료로 사용하는 발전소에서는 석탄을 미세한 입자로 분쇄한 후, 분쇄된 석탄 가루를 보일러에서 연소시키는 방식을 사용하고 있다. 미분기(Pulverizer 또는 Mill)는 석탄을 연소에 적합한 크기의 미분탄으로 분쇄하는 장비로서 작용상으로 분류하면, 원심력, 중력 또는 스프링을 이용하여 석탄을 잘게 부수거나 충격에 의해 석탄을 분쇄하는 것 등이 있고, 형식상으로는 수평형과 수직형으로 나뉘어진다. 이러한 미분기의 종류로는 튜브(Tube) 미분기, 보울(Bowl) 미분기, 볼(Ball) 미분기, 롤러(Roller) 미분기 등이 있다. 이 중 보울 미분기는 신뢰성, 동력의 저소비, 상대적으로 적은 작동 소음 등으로 인해 석탄을 사용하는 화력 발전소나 열병합 발전소 등에서 주로 사용된다.

그러나, 미분기로 주입되는 석탄이 저질급의 석탄인 경우, 미분기 내에서는 화재가 발생하며 심각하게는 미분기의 폭발을 유도하는 경우가 자주 발생한다.

보다 구체적으로 설명하면, 미분기의 내부에서 석탄이 분쇄되는 롤러와 보울 사이의 빈 공간에서 미분화된 석탄과 예열 공기가 혼합 된다. 또한 보울의 상부에는 롤러와 보울의 작동으로 석탄을 미분화하는 과정에서 불씨가 만들어지기도 하며, 보울의 하부에서는 잔존하는 석탄에 의해 화재가 발생될 수 있다. 따라서, 롤러와 보울 사이의 빈 공간과 보울의 상부 및 보울의 하부에서 고온이 형성되거나 화염이 형성될 수 있는 분위기가 만들어지는 것을 미연에 방지하여 화재 발생을 방지할 수 있는 기술이 필요하다.

그러나, 기존에는 화재 발생을 방지하기 보다는 화재 발생이 센싱되면 미분기로 주입되는 공기를 차단하거나 미분기 내로 스팀을 집중 분사하는 등 화재 발생 후 사후 대처에 집중하고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 화재 발생 가능성이 높은 영역에, 산소 농도가 낮아 불활성 특성을 가진 연소가스를 미분기 내부에 분사하여, 미분기 내의 화재 발생을 미연에 방지할 수 있는 미분기 및 이를 포함하는 석탄 연소 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 석탄이 주입되는 석탄 공급부가 형성된 하우징; 상기 석탄 공급부를 통해 상기 하우징의 내부로 낙하되는 석탄이 안착되는 보울; 상기 보울에 안착된 석탄을 분쇄하는 복수개의 롤러들; 및 상기 하우징의 내부로 불활성 가스를 분사하는 불활성 가스 분사기; 를 포함하고,

상기 불활성 가스 분사기는, 상기 석탄 공급부 위치에서 상기 하우징의 내부로 불활성 가스를 분사하는 제1 분사기 및 상기 하우징의 측면에서 상기 하우징의 내부로 불활성 가스를 분사하는 제2 분사기 중 적어도 하나의 분사기를 포함하는 것인, 미분기가 제공될 수 있다.

상기 제1 분사기는, 불활성 가스가 유입되는 제1 튜브 헤더; 상기 제1 튜브 헤더와 연통되며 상기 하우징의 내부로 불활성 가스를 분사하는 적어도 하나 이상의 제1 분사노즐; 및 상기 제1 분사노즐을 선택적으로 개폐하는 제1 솔레노이드 밸브;를 포함할 수 있다.

상기 제1 튜브 헤더는 상기 하우징으로부터 이격된 위치에서 환형(環形)으로 형성되는 것일 수 있다.

상기 석탄 공급부는 상기 하우징의 내부로 돌출되어 석탄을 배출하는 콘부를 포함하고, 상기 제1 분사노즐은, 상기 제1 튜브 헤더에 복수개가 방사상으로 연결되어 상기 콘부의 내부로 불활성 가스를 분사하도록 설치될 수 있다.

상기 제2 분사기는, 불활성 가스가 유입되는 제2 튜브 헤더; 상기 제2 튜브 헤더와 연통되며 상기 하우징의 측면에서 상기 하우징의 내부 빈 공간으로 불활성 가스를 분사하는 적어도 하나 이상의 제2 분사노즐; 및 상기 제2 분사노즐을 선택적으로 개폐하는 제2 솔레노이드 밸브; 를 포함할 수 있다.

상기 제2 튜브 헤더는 상기 하우징의 측면에서 이격된 위치에서 상기 하우징의 높이 방향을 따라 설정된 길이를 갖도록 형성되는 것일 수 있다.

상기 석탄 공급부는 상기 하우징의 내부로 연장되어 석탄을 배출하는 콘부를 포함하고, 상기 제2 분사노즐은, 상기 보울의 하부 위치와, 상기 보울과 상기 롤러들 사이의 빈 공간 및 상기 석탄 공급부의 콘부 위치로 불활성 가스를 분사하도록 적어도 3개 이상으로 설치되는 것일 수 있다.

상기 제2 분사기는 상기 하우징을 중심으로 적어도 3개 이상이 방사상으로 설치되는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 석탄을 분쇄하여 미분탄을 생성하여 배출하는 미분기와, 상기 미분기로부터 배출되는 미분탄을 연소시켜 연소 가스를 배출하는 보일러를 포함하는 연소 시스템에 있어서, 상기 미분기는, 상기 보일러로부터 배출되는 연소 가스를 유입 받아 자신의 내부로 분사하는 적어도 하나의 불활성 가스 분사기를 포함하는 것일 수 있다.

상기 미분기는, 석탄이 주입되는 석탄 공급부가 형성된 하우징; 상기 석탄 공급부를 통해 상기 하우징의 내부로 낙하되는 석탄이 안착되는 보울; 및 상기 보울에 안착된 석탄을 분쇄하는 복수개의 롤러들; 을 더 포함하며, 상기 불활성 가스 분사기는, 상기 석탄 공급부 위치에서 상기 하우징의 내부로 상기 보일러로부터 배출되는 연소 가스를 유입 받아 분사하는 제1 분사기와, 상기 하우징의 측면에서 상기 하우징의 내부로 상기 보일러로부터 배출되는 연소 가스를 유입 받아 분사하는 제2 분사기 중 적어도 하나의 분사기를 포함하는 것일 수 있다.

상기 제1 분사기는, 연소 가스가 유입되는 제1 튜브 헤더; 상기 제1 튜브 헤더와 연통되며 상기 하우징의 내부로 연소 가스를 분사하는 적어도 하나 이상의 제1 분사노즐; 및 상기 제1 유입관을 선택적으로 개폐하는 제1 솔레노이드 밸브; 를 포함할 수 있다.

상기 제1 튜브 헤더는 상기 하우징으로부터 이격된 위치에서 환형(環形)으로 형성되는 것일 수 있다.

상기 석탄 공급부는 상기 하우징의 내부로 돌출되어 석탄을 배출하는 콘부를 포함하고, 상기 제1 분사노즐은, 상기 제1 튜브 헤더에 복수개가 방사상으로 연결되어 상기 콘부의 내부로 불활성 가스를 분사하도록 설치되는 것일 수 있다.

상기 제2 분사기는, 연소 가스가 유입되는 제2 튜브 헤더; 상기 제2 튜브 헤더와 연통되며 상기 하우징의 측면에서 상기 보울과 상기 롤러들 사이의 빈 공간으로 불 활성 가스를 분사하는 적어도 하나 이상의 제2 분사노즐; 및 상기 제2 분사노즐을 선택적으로 개폐하는 제2 솔레노이드 밸브; 를 포함하는 것일 수 있다.

상기 제2 튜브 헤더는 상기 하우징의 측면에서 이격된 위치에서 상기 하우징의 높이 방향을 따라 설정된 길이를 갖도록 형성되는 것일 수 있다.

상기 석탄 공급부는 상기 하우징의 내부로 연장되어 석탄을 배출하는 콘부를 포함하고, 상기 제2 분사노즐은, 상기 보울의 하부 위치와, 상기 보울과 상기 롤러들 사이의 빈 공간 및 상기 석탄 공급부의 콘부 위치로 연소 가스를 분사하도록 적어도 3개 이상으로 설치되는 것일 수 있다.

상기 제2 분사기는 상기 하우징을 중심으로 적어도 3개 이상이 방사상으로 설치되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 미분기 내부에서 화재가 발생할 확률이 높은 위치를 불활성 특성을 가진 연소 가스를 이용하여 집중적으로 제어하는 것이 가능하여 화재 발생 확률을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동중에 미분탄의 분리에 의해 공기가 차지하는 비율이 높아지면서 화재 발생 가능성이 높은 영역과, 석탄과 미분기 내의 롤러의 마찰에 의해 비교적 고온으로 된 예열 공기와 상기 미분탄이 만나 화재 발생 가능성이 높은 영역에, 산소 농도가 낮아 불활성 특성을 가진 연소 가스를 미분기내로 분사함으로써, 화재 발생을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미분기의 상부의 석탄이 투입되는 위치 및 미분기의 롤러의 마찰이 이루어지는 부분을 포함하여 미분기의 내부에 효과적으로 불활성 가스를 분사하는 것이 가능하여, 미분기 내부에서 화재가 발생하는 것을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 연소 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 미분기의 하우징의 일부를 잘라서 본 사시도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 본 도면이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 본 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

또한, 제1 엘리먼트 (또는 구성요소)가 제2 엘리먼트(또는 구성요소) 상(ON)에서 동작 또는 실행된다고 언급될 때, 제1 엘리먼트(또는 구성요소)는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)가 동작 또는 실행되는 환경에서 동작 또는 실행되거나 또는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)와 직접 또는 간접적으로 상호 작용을 통해서 동작 또는 실행되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 연소 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 석탄 연소 시스템은 불활성 특성을 가진 연소가스를 미분기 내로 직접 분사함으로써, 미분기 내부에서 화재가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

석탄 연소 시스템으로부터 배출되는 불활성 가스인 연소 가스는 미분기 내부로 분사될 수 있도록 재순환되며, 이산화탄소(CO2) 또는 질소(N2) 또는 이들의 혼합 가스를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분기를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 예방을 위한 석탄 연소 시스템(100)은, 미분기(110), 보일러(120), 제1 열교환기(130), 집진기(140), 배연탈황장치(150), 연돌(160), 가스 전달관(180), 제2 열교환기(190), 불활성가스 저장조(310) 및 압축기(330)를 포함할 수 있다.

미분기(110)와 보일러(120), 보일러(120)와 제2 열교환기(190), 제2 열교환기(190)와 집진기(140), 집진기(140)와 배연탈황장치(150), 배연탈황장치(150)와 연돌(160), 집진기(140)와 제1 열교환기(130), 제1 열교환기(130)와 압축기(330), 압축기(330)와 저장조(310), 저장조(310)와 미분기(110)는 가스를 전달하는 관들을 통해 연결된다.

본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 특징과 관련된 가스 전달관(180) 및 불활성 가스 분사기(260)를 설명하며, 제1 열교환기(130)와 미분기(110)는 가스 전달관(180) 및 불활성 가스 분사기(260)에 의해 연결된다.

미분기(110)는 석탄 저장조(미도시)에 저장된 석탄을 전달받아 석탄을 분쇄하여 석탄 가루(미분탄)를 생성한다. 석탄이 분쇄되는 동안, 미분기(110)는 불활성 가스를 지속적으로 유입받아 미분기(110) 내부를 불활성 분위기화할 수 있다.

본 실시예에서, 미분기(110)는 대기 중의 찬 공기와 찬 공기를 가열한 뜨거운 공기를 공급받고, 공급받은 공기의 순환에 의해 석탄 가루가 미분기(110)의 상부로 부유되어 보일러(120)로 전달된다. 미분기(110)의 구체적인 동작에 대해서는 이하에서 도 2 및 도 3을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분기를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 미분기의 하우징의 일부를 잘라서 본 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 미분기(110)

는, 하우징(210)과, 석탄 공급부(220)와, 공기 유입부(230)와, 보울(240)과, 복수개의 롤러들(250)과, 불활성 가스 분사기(260)를 포함한다.

하우징(210)은 내부에 석탄이 분쇄되는 빈 공간이 형성되며, 상부에는 석탄 저장조(미도시)로부터 이송된 석탄이 유입되는 석탄 공급부(220)와 미분탄 배출구(221)가 형성된다. 본원의 도면들에서 참조번호 212는 금속, 돌, 조대, 및 석탄이 배출되는 석탄 배출부를 의미한다.

석탄 공급부(220)는 하우징(210)의 내부 방향으로 돌출된 콘(cone) 형상을 이룬다. 이러한 석탄 공급부(220)로부터 하우징(210)의 내부로 주입되는 석탄은 고형의 덩어리 형태를 갖는 것이 일반적이다. 참조번호 222는 석탄이 주입되는 석탄 주입부를 의미한다.

공기 유입부(230)는 제2 열교환기(190)에서 가열된 따뜻한 공기와 대기 중의 찬 공기를 유입받는다. 공기 유입부(230)를 통해 유입된 따뜻한 공기와 찬 공기는 공기 통로(B)를 통해 미분기(110) 하우징(210)의 상부, 즉, 미분탄 배출부(221)로 상승한다. 이때, 후술할 미분탄 역시 찬 공기 및 따뜻한 공기에 의해 미분탄 배출부(221)로 상승한다.

보울(240)은 석탄 공급부(220)를 통해 주입된 석탄이 낙하되어 안착되는 회전판(미도시)을 포함하며, 회동축(미도시)에 의해 회전판을 회전시킨다. 회전판으로 안착되는 석탄은 복수 개의 롤러들(250)과 회전판 사이에 형성되는 공간으로 이동되어 분쇄된다.

복수 개의 롤러들(250)은 보울(240)의 상부에 사전에 정해진 거리만큼 이격되어 복수 개 구비될 수 있다. 복수 개의 롤러들(250)은 보울(240)이 회전함에 따라 함께 회전하면서, 롤러들(250)과 보울(240) 사이에 형성되는 공간(즉, 사전에 정해진 거리만큼 이격되어 형성된 공간)으로 이동되는 석탄을 분쇄하여 미분탄을 만든다.

보울(240)은 롤러들(250)과 회전판의 회전에 의해 만들어진 미분탄을 공기 통로(B)의 상부 측으로 배출시킬 수 있는 구조를 갖는다. 따라서, 공기 통로(B)의 상부 측으로 배출된 미분탄은 공기 유입부(230)로 유입되어 상승하는 공기(즉, 찬 공기와 따뜻한 공기가 혼합된 공기)에 의해 미분기(110)의 상부로 상승한다.

불활성 가스 분사기(260)는 석탄이 보울(240)과 롤러들(250)에 의해 분쇄되는 동안 불활성 가스를 유입받아 하우징(210) 내부로 분사한다. 불활성 가스 분사기(260)는 불활성 가스를 제1 열교환기(130) 및 가스 전달관(180)을 통해 지속적으로 유입받는다. 본 실시예에서 불활성 가스를 공급하기 위해 가스 전달관(160) 상에 불활성가스 저장조(310) 및 압축기(330)를 포함할 수 있다. 이러한 불활성 가스 분사기(260)는 하우징(210) 내부로 분사노즐이 노출되고, 타단은 가스 전달관(180)의 타단과 물리적으로 연결되어 불활성 가스를 공급받는다.

불활성 가스 분사기(260)는 제1 분사기(320)와 제2 분사기(340) 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 본 실시예처럼 불활성 가스 분사기(260)는 제1 분사기(320)와 제2 분사기(340)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이하에서 도 4 및 도 5를 참조하여 불황성 가스 분사기(260)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.

도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 본 도면이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 본 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 불활성 가스 분사기(260)는, 하우징(210)의 석탄 공급부(220) 위치에서 하우징(210)의 내부로 불활성 가스를 분사하는 제1 분사기(320)와, 하우징(210)의 측면에서 하우징(210)의 내부로 불활성 가스를 분사하는 제2 분사기(340)를 포함한다.

제1 분사기(320)는, 불활성 가스가 유입되는 제1 튜브 헤더(321)와, 제1 튜브 헤더(321)와 연통되며 하우징(210)의 내부로 연소가스를 분사하는 제1 분사노즐(322)과, 제1 분사노즐(322)을 선택적으로 개폐하는 제1 솔레노이드 밸브(323)를 포함한다.

제1 튜브 헤더(321)는 불활성 가스 저장조(310)와 압축기(330)를 통해 불활성 가스를 공급받는 부분을 말한다. 이러한 제1 튜브 헤더(321)는 불황성 가스가 유입될 수 있는 속이 빈 구조를 갖는 것으로서, 본 실시예에서는 하우징(210)의 상측에서 이격된 위치에 환형(環形)으로 형성될 수 있다. 그러나 제1 튜브 헤더(321)는 환형으로 반드시 한정되는 것은 아니고 직선 또는 일부 곡선을 포함하는 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다. 이러한 제1 튜브 헤더(321)에는 하우징(210)의 내부로 불활성 가스를 주입하는 복수개의 제1 분사노즐(322)이 설치된다.

제1 분사노즐(322)의 일단은 제1 튜브 헤더(321)에 연결되어 불활성 가스를 공급받고 제1 분사노즐(322)의 타단은 하우징(210) 내부로 연장되어 불활성 가스를 하우징(210) 내부로 분사한다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1 분사노즐(322)은 하우징(210)의 내부로 돌출된 석탄 공급부(220) 위치에 불활성 가스를 공급하여 석탄 공급부(220) 위치에 잔류하는 석탄에 의해 화재가 발생하는 것을 방지한다. 즉, 석탄 공급부(220)는 하우징(210)의 상부에서 그 내부 방향으로 콘(cone) 형상으로 돌출되는 것으로서, 석탄이 하우징(210) 내부로 공급되는 과정에서 일정 크기 이상의 석탄들이 잔류할 수 있다. 따라서 석탄 공급부(220)의 돌출된 콘 부분에서 잔류된 석탄에 불활성 가스를 분사함으로써 화재가 발생되는 것을 미연에 방지하는 것이 가능하다. 본 실시예에서 제1 분사노즐(322)은 적어도 3개 이상으로 설치되어 환형(環形)의 제1 튜브 헤더(321)에 방사상으로 설치될 수 있다. 이와 같이, 제1 분사노즐(322)에 제1 튜브 헤더(321)에 적어도 3개 이상의 방사상으로 설치되는 것은 석탄 공급부(220)의 내부에 불활성 가스를 효과적으로 분사하여 화재 발생을 억제하는 효과를 더욱 향상시키기 위한 것이다. 그러나 제1 튜브 헤더(321)는 반드시 3개 이상으로 설치되는 것으로 한정되는 것은 아니고, 적어도 하나 이상으로 설치되는 것도 가능하다.

제1 솔레노이드 밸브(323)는 제1 분사노즐(322)을 선택적으로 개폐하도록 설치되는 것으로서, 미분기(110) 내부에 불활성 가스의 주입이 필요한 경우에 선택적으로 개방 작동된다. 본 실시예에서 제1 솔레노이드 밸브(323)는 분당 3회 내지 4회의 주기로 개방되도록 제어될 수 있다. 따라서 미분기(110)의 하우징(210) 내부로 짧은 시간 동안 고압으로 불활성 가스의 분사가 가능하고, 공기량 대비 0.5% 미만의 소량의 불활성 가스가 분사되도록 한다. 이에 따라 미분탄의 연소나 열교환 또는 발전에 영향 없이 화재를 효과적으로 예방하는 것이 가능하다.

제2 분사기(340)는, 불활성 가스가 유입되는 제2 튜브 헤더(341)와, 제2 튜브 헤더(341)와 연통되며 하우징(210)의 측면에서 그 내부 방향으로 불활성 가스를 분사하는 제2 분사노즐(342)과, 제2 분사노즐(342)을 선택적으로 개폐하는 제2 솔레노이드 밸브(343)를 포함한다.

제2 튜브 헤더(341)는 하우징(210)의 측면에서 이격된 위치에서 하우징(210)의 높이 방향을 따라 일정 길이로 형성되어 불활성 가스가 유입되는 것으로서, 불활성 가스 저장조(310)와 압축기(330)를 통해 불활성 가스를 공급받는 부분을 말한다. 이러한 제2 튜브 헤더(341)에는 복수개의 제2 분사노즐(342)이 설치된다.

제2 분사노즐(342)의 일단은 제2 튜브 헤더(341)에 연결되어 불활성 가스를 공급받고 제2 분사노즐(342)의 타단은 하우징(210) 내부로 연장되어 불활성 가스를 하우징(210) 내부로 분사한다. 보다 구체적으로 설명하면, 제2 분사노즐(342)은 하우징(210)의 내부에서 보울(240)의 하부 위치와, 보울(240)과 롤러들(250) 사이의 빈 공간 및 석탄 공급부(220)의 위치의 각각으로 불활성 가스를 분사하도록 3개로 설치될 수 있다.

제2 솔레노이드 밸브(323)는 제2 분사노즐(342)에 설치되어 제2 분사노즐(342)를 선택적으로 개폐할 수 있다. 본 실시예에서 제2 솔레노이드 밸브(323)는 3개의 제2 분사노즐(342)의 각각에 모두 설치되는 것도 가능하고, 보울(240)의 하부 위치에 대응하는 제2 분사노즐(342)을 제외한 나머지 2개의 제2 분사노즐(342)에만 설치되는 것도 가능하다. 이와 같이, 보울(240)의 하부 위치에 대응하는 제2 분사노즐(342)에 제2 솔레노이드 밸브(323)가 설치되지 않는 경우에는 공기 유입부(230)를 통한 공기 유입의 작용을 보다 원활하게 하기 위한 경우에 가능하다.

전술한 바와 같이, 제2 분사노즐(342)의 어느 하나는 보울(240)의 하부 위치에 설치됨으로써. 보울(240)의 하부의 하우징(210) 저면 위치에서 잔존하는 석탄에 의해 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 제2 분사노즐(342)의 다른 하나는 보울(240)과 롤러들(250) 사이의 빈 공간에 불활성 가스를 분사 가능하도록 설치됨으로써, 석탄의 미분화 과정에서 불씨가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한 제2 분사노즐(342)의 다른 하나는 석탄 공급부(220)의 콘부 위치에 설치됨으로써, 보울(240)의 상부 방향으로 불씨가 날려 화재가 발생되어 미분기(110)의 배출구(221) 위치에서 규정 온도 이상으로 높아지는 것을 방지하는 것이 가능하다.

한편, 보울(240)과 복수 개의 롤러들(250)에 의해 생성되는 미분탄은 공기에 의해 상승하여 석탄 공급부(220)의 내부로 들어간다. 여기서 석탄 공급부(220)는 그 하부로 직경이 점차 작아지는 콘(cone) 형상으로 형성됨으로써, 미분탄 중 사전에 정해진 크기보다 작은 크기의 미분탄은 석탄 공급부(220)의 내부로 제공되도록 하고, 사전에 정해진 크기보다 큰 크기의 미분탄은 다시 보울(240)로 낙하되도록 한다. 이로써 미분탄은 보울(240)과 복수 개의 롤러들(250)의 회전에 의해 보다 미세한 가루로 만들어진 후 재차 미분탄 배출부(221)로 배출될 수 있다. 이와 같이 석탄 공급부(220)는 미분탄 분리 기능도 포함할 수 있다. 미분탄 배출부(221)는 미분탄을 보일러(120)로 배출한다.

다시 도 1을 참조하면, 보일러(120)는 미분기(110)의 미분탄 배출부(221)와 석탄 통로관(110a)을 통해 연결되어 석탄 가루를 미분기(110)로부터 공급받는다. 보일러(120)는 미분기(110)로부터 제공되는 석탄 가루를 연소시켜 연소 가스를 배출한다. 배출되는 연소 가스의 적어도 일부는 제1 열교환기(130)로 전달된다.

집진기(140)는 제2 열교환기(190)로부터 배출되는 연소 가스로부터 분진과 같은 이물질을 집진한다. 한편, 본 실시예에서 집진기(140)는 필터링된 연소 가스의 적어도 일부는 제1열교환기(130)로 전달되고, 남은 연소 가스는 연돌(160)로 전달된다.

연돌(160)은 이물질이 필터링된 연소 가스를 외부로 배출시킨다. 집진기(140)와 연돌 사이에는 연소 가스에 포함된 황을 제거하는 탈황장치(미도시)가 더 구비될 수 있다.

제1열교환기(130)는, 집진기(140)로부터 전달받은 연소 가스의 온도를 낮춘다. 집진기(140)로부터 배출되는 연소 가스의 온도는 약 120~130도이고, 미분기(110)내로 분사되는 연소 가스의 온도는 약 50~60도이므로, 제1열교환기(130)는, 예를 들면 공냉 및/또는 수냉 방식에 의해서, 집진기(140)로부터 전달받은 연소 가스의 온도를 낮춘다.

한편, 제1열교환기(130)로 제공되는 연소 가스에는 수분도 포함되어 있지만, 제1열교환기(130)에서의 열 교환 과정에서 약 100도 정도로 온도가 낮아짐에 따라 연소 가스에 포함된 수분이 응축되어 제거될 수 있다. 이로써, 미분기(110)로 분사되는 연소 가스에 수분이 포함되어 있으면 석탄의 건조 효율이 저하되고 연소과정에서 열 손실이 발생되는 문제가 해결될 수 있다.

이처럼, 제1 열교환기(130) 집진기(140)로부터 배출되는 연소 가스의 온도를 낮추어 미분기(110)로 전달한다. 연소 가스는 산소 포화도가 낮은 가스로서 석탄과의 산화 반응 가능성이 희박하며, 미분기(110)내를 약 50~60도의 평균온도로 유지토록 함으로써, 화재의 발생가능성을 낮추고 건조 효율과 열 효율을 증가시킬 수 있다.

가스 전달관(180)은 제1 열교환기(130)에 의해 냉각된 연소 가스를 미분기(110)로 전달한다. 가스 전달관(180)의 일단은 제1 열교환기(130)에 연결되고 타단은 미분기(110)의 불활성 가스 분사기(260)와 연결된다.

제2 열교환기(190)에서는, 대기로부터 유입 받은 찬 공기와, 보일러(120)로부터 배출되는 고온의 연소 가스간에 열교환이 이루어지며, 대략 섭씨 200도 내지 250도의 범위를 가진 공기가 배출된다.

미분기(110)는 상술한 바와 같이 제1 열교환기(130)로부터 가스 전달관(180) 및 불활성 가스 분사기(260) 통해 불활성 가스를 지속적으로 유입받으며, 대기 중의 찬 공기와, 찬 공기를 가열한 뜨거운 공기를 유입 받는다.

상술한 실시예들에서는, 불활성 가스로서 보일러에서 배출되는 연소 가스를 활용하는 것으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 보일러에서 배출되는 연소 가스가 아닌 별도로 마련되는 불활성 가스를 사용하는 것도 가능할 것이다. 이러한 경우, 보일러에서 배출되는 연소가스를 재순환하는 것이 아니고 별도로 준비된 불활성 가스를 불활성 가스 분사기가 유입 받도록 구성할 수 있을 것이다.

상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110...미분기 120...보일러
130...제1 열교환기 140...집진기
150...배연탈황장치 160...연돌
180...가스 전달관
190...제2 열교환기 210...하우징
220...석탄 공급부 230...공기 유입부
240...보울 250...롤러
260...불활성 가스 분사기 320...제1 분사기
321...제1 튜브 헤더 322...제1 분사노즐
323...제1 솔레노이드 밸브 340...제2 분사기
341...제2 튜브 헤더 342...제2 분사노즐
343...제2 솔레노이드 밸브

Claims (17)

1. 석탄이 주입되는 석탄 공급부가 형성된 하우징;
   상기 석탄 공급부를 통해 상기 하우징의 내부로 낙하되는 석탄이 안착되는 보울;
   상기 보울에 안착된 석탄을 분쇄하는 복수개의 롤러들; 및
   상기 하우징의 내부로 불활성 가스를 분사하여, 상기 하우징의 내부를 불활성 분위기화하는 불활성 가스 분사기;
   를 포함하고,
   상기 불활성 가스 분사기는,
   상기 석탄 공급부 위치에서 상기 하우징의 내부로 불활성 가스를 분사하는 제1 분사기 및 상기 하우징의 측면에서 상기 하우징의 내부로 불활성 가스를 분사하는 제2 분사기 중 적어도 제2 분사기를 포함하며,
   상기 제2분사기는, 상기 하우징의 측면에서 상기 보울과 롤러들 사이의 내부 빈 공간으로 불활성 가스를 분사하는 제2 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 미분기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 분사기는,
   불활성 가스가 유입되는 제1 튜브 헤더;
   상기 제1 튜브 헤더와 연통되며 상기 하우징의 내부로 불활성 가스를 분사하는 적어도 하나 이상의 제1 분사노즐; 및
   상기 제1 분사노즐을 선택적으로 개폐하는 제1 솔레노이드 밸브;
   를 포함하는 미분기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 튜브 헤더는 상기 하우징으로부터 이격된 위치에서 환형(環形)으로 형성되는 미분기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 석탄 공급부는 상기 하우징의 내부로 돌출되어 석탄을 배출하는 콘부를 포함하고,
   상기 제1 분사노즐은, 상기 제1 튜브 헤더에 복수개가 방사상으로 연결되어 상기 콘부의 내부로 불활성 가스를 분사하도록 설치되는 미분기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 분사기는,
   불활성 가스가 유입되는 제2 튜브 헤더; 및
   상기 제2 분사노즐을 선택적으로 개폐하는 제2 솔레노이드 밸브; 을 더 포함하며,
   상기 제2 분사 노즐은 상기 제2 튜브 헤더와 연통된 것을 특징으로 하는 미분기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 튜브 헤더는 상기 하우징의 측면에서 이격된 위치에서 상기 하우징의 높이 방향을 따라 설정된 길이를 갖도록 형성되는 미분기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 석탄 공급부는 상기 하우징의 내부로 연장되어 석탄을 배출하는 콘부를 포함하고,
   상기 제2 분사노즐은,
   상기 보울의 하부 위치와, 상기 보울과 상기 롤러들 사이의 빈 공간 및 상기 석탄 공급부의 콘부 위치로 불활성 가스를 분사하도록 적어도 3개 이상으로 설치되는 미분기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 분사기는 상기 하우징을 중심으로 적어도 3개 이상이 방사상으로 설치되는 미분기.
9. 석탄을 분쇄하여 미분탄을 생성하여 배출하는 미분기와, 상기 미분기로부터 배출되는 미분탄을 연소시켜 연소 가스를 배출하는 보일러를 포함하는 연소 시스템에 있어서,
   상기 미분기는, 상기 보일러로부터 배출되는 연소 가스를 유입 받아 자신-미분기-의 내부로 분사하여 상기 미분기의 내부를 불활성 분위기화하는 적어도 하나의 불활성 가스 분사기를 포함하며,
   상기 미분기는,
   석탄이 주입되는 석탄 공급부가 형성된 하우징,
   상기 석탄 공급부를 통해 상기 하우징의 내부로 낙하되는 석탄이 안착되는 보울, 및
   상기 보울에 안착된 석탄을 분쇄하는 복수개의 롤러들을 더 포함하며,
   상기 불활성 가스 분사기는,
   상기 하우징의 측면에서 상기 하우징의 내부로 상기 보일러로부터 배출되는 연소 가스를 유입 받아 분사하는 제2 분사기를 포함하며,
   상기 제2분사기는, 상기 하우징의 측면에서 상기 보울과 롤러들 사이의 내부 빈 공간으로 불활성 가스를 분사하는 제2 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄 연소 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 불활성 가스 분사기는,
    상기 석탄 공급부 위치에서 상기 하우징의 내부로 상기 보일러로부터 배출되는 연소 가스를 유입 받아 분사하는 제1 분사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄 연소 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 분사기는,
    연소 가스가 유입되는 제1 튜브 헤더;
    상기 제1 튜브 헤더와 연통되며 상기 하우징의 내부로 연소 가스를 분사하는 적어도 하나 이상의 제1 분사노즐; 및
    상기 제1 유입관을 선택적으로 개폐하는 제1 솔레노이드 밸브;
    를 포함하는 석탄 연소 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 튜브 헤더는 상기 하우징으로부터 이격된 위치에서 환형(環形)으로 형성되는 석탄 연소 시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 석탄 공급부는 상기 하우징의 내부로 돌출되어 석탄을 배출하는 콘부를 포함하고,
    상기 제1 분사노즐은, 상기 제1 튜브 헤더에 복수개가 방사상으로 연결되어 상기 콘부의 내부로 불활성 가스를 분사하도록 설치되는 석탄 연소 시스템.
14. 제10항에 있어서,
    상기 제2 분사기는,
    연소 가스가 유입되는 제2 튜브 헤더; 및
    상기 제2 분사노즐을 선택적으로 개폐하는 제2 솔레노이드 밸브;를 더 포함하며,
    상기 제2 분사노즐은 상기 제2 튜브 헤더와 연통되는 것을 특징으로 하는 석탄 연소 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 튜브 헤더는 상기 하우징의 측면에서 이격된 위치에서 상기 하우징의 높이 방향을 따라 설정된 길이를 갖도록 형성되는 석탄 연소 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 석탄 공급부는 상기 하우징의 내부로 연장되어 석탄을 배출하는 콘부를 포함하고,
    상기 제2 분사노즐은,
    상기 보울의 하부 위치와, 상기 보울과 상기 롤러들 사이의 빈 공간 및 상기 석탄 공급부의 콘부 위치로 연소 가스를 분사하도록 적어도 3개 이상으로 설치되는 석탄 연소 시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 분사기는 상기 하우징을 중심으로 적어도 3개 이상이 방사상으로 설치되는 석탄 연소 시스템.

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