KR101839625B1 - 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소로로부터 배출되어 제1덕트를 따라 분리기로 이동하는 배가스에 유해물질을 저감하기 위한 환원제(Reducing Agent)를 분사하는 제1분사부, 및 상기 연소로에서 상기 분리기를 향하는 제1축방향으로 상기 제1분사부로부터 이격되게 상기 제1덕트에 설치되어 배가스에 유해물질을 저감하기 위한 환원제를 분사하는 제2분사부를 포함하는 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러에 관한 것으로,
본 발명에 따르면, 제1분사부가 제2분사부 쪽으로 배가스가 집중되도록 환원제를 분사함으로써 제2분사부가 분사하는 환원제 및 배가스가 혼합되는 비율을 증대시킬 수 있고, 이에 따라 배가스에 대한 유해물질 제거율을 향상시킬 수 있다.

Description

순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러{Apparatus for Reducing Harmful Material and Circulating Fluidized Bed Boiler having the same}

본 발명은 연소로로부터 배출되는 배가스로부터 유해물질을 저감시키기 위한 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러에 관한 것이다.

유동층 연소 방식은 화석 연료, 바이오매스 연료 등과 같은 고형 연료를 모래 및/또는 회재(ash)와 같은 층(bed) 물질과 함께 연소로 내에서 유동시키면서 연소시키는 방식이다.

연소로 내로 유동화 가스가 분사됨으로써 상기 고형 연료와 층 물질이 유동화되면서 연소로 전역에서 균일하고 빠르게 혼합된다. 이렇게 유동화된 고형 연료 및 층 물질이 연소되면서 고온의 연소가스가 생성된다. 이렇게 생성된 연소가스는 가열된 공기와 함께 상기 연소로로부터 배출된다. 연소로로부터 배출된 상기 가열된 공기 및 고온의 연소가스의 혼합물[이하, '배가스(flue gas)'로 칭함]은 증기터빈을 구동시키기 위한 증기를 발생시키는데 이용된다.

전형적으로, 유동층 보일러에서 열 교환은 연소로 및 고온의 배가스가 통과하는 대류 섹션(convection section)에서 각각 이루어진다. 상기 연소로의 벽들이 핀들(fins)에 의해 서로 결합된 튜브들을 포함하고, 상기 튜브들을 통해 흐르는 액체가 상기 연소로 내에서 발생한 열을 흡수한다.

유동층 연소 방식은, 연소 반응이 빠르고, 일반 화력 연소 방식에 비해 조업 온도가 상대적으로 낮아서 질소산화물의 발생량이 적다는 장점을 갖는다.

순환 유동층 연소 방식은 배가스와 함께 연소로로부터 배출되는 고체 입자들을 상기 배가스로부터 분리한 후 상기 연소로로 복귀시키는 방식이다.

일반적으로, 순환 유동층 보일러는 연소로, 상기 연소로의 상부에 형성되어 있는 배출구에 연결되어 있는 분리기, 상기 분리기에서 상기 배가스로부터 분리된 고체 입자들의 순환을 위한 리턴 덕트, 및 상기 리턴 덕트로부터 공급되는 고체 입자들로부터 열을 회수하기 위한 열교환부를 포함한다. 상기 열교환부는 상기 연소로에 형성되어 있는 유입구를 통해 상기 연소로와 유체 연통한다. 상기 열교환부는 상기 리턴 덕트에 연결된 열교환챔버, 및 상기 열교환챔버에 설치되는 열교환튜브를 포함한다. 상기 열교환부는 상기 열교환튜브를 통해 흐르는 액체가 상기 열교환챔버 내부에서 유동화된 고체 입자들의 열을 흡수함으로써, 열 교환을 수행한다. 이러한 상기 분리기, 상기 리턴 덕트 및 상기 열교환부는 입자 순환 시스템을 구성한다.

여기서, 종래 기술에 따른 순환 유동층 보일러는 상기 연소로에서 유동화된 연료를 연소하는 과정에서 질소산화물(NOx) 등의 유해물질이 발생한다. 이러한 유해물질은 스모그(Smog), 산성비(Acid Rain), 지구온난화(Global Warming), 오존층 파괴 등의 환경문제를 야기한다. 최근에는 배가스에 포함된 유해물질로 인한 환경문제를 해결하기 위해 사업장에 대한 유해물질 배출기준이 엄격히 강화되면서, 순환 유동층 보일러 기술분야에서도 배가스로부터 유해물질을 제거하기 위한 기술이 활발하게 개발되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 연소로로부터 배출되는 배가스로부터 유해물질을 줄일 수 있는 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러를 제공하기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치는 연소로와 분리기를 연결하는 제1덕트에 설치되고, 상기 연소로로부터 배출되어 상기 제1덕트를 따라 이동하는 배가스에 유해물질을 저감하기 위한 환원제(Reducing Agent)를 분사하는 제1분사부; 및 상기 연소로에서 상기 분리기를 향하는 제1축방향으로 상기 제1분사부로부터 이격되게 상기 제1덕트에 설치되고, 상기 연소로로부터 배출되어 상기 제1덕트를 따라 이동하는 배가스에 유해물질을 저감하기 위한 환원제를 분사하는 제2분사부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치에 있어서, 상기 제1분사부는 상기 연소로로부터 배출되는 배가스가 상기 제2분사부 쪽으로 이동하도록 상기 제2분사부 쪽을 향하는 제1방향으로 환원제를 분사하기 위해 상기 제1덕트에 기울어지게 설치되는 제1노즐을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치에 있어서, 상기 제2분사부는 상기 제1축방향으로 상기 제1노즐에 비해 상기 분리기에 더 가깝게 설치되는 제2노즐을 포함할 수 있다. 상기 제2노즐은 환원제가 상기 분리기에서 배가스와 고체 입자들을 분리하기 위한 와류(Vortex)의 회전방향에 추종되는 제2방향으로 환원제를 분사하기 위해 상기 제1덕트에 기울어지게 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치에 있어서, 상기 제1노즐은 상기 제1덕트에서 상기 제1축방향에 대해 수직한 제2축방향에 위치한 측벽들 중에서 제1측벽에 설치되고, 상기 제2노즐은 상기 제1덕트에서 상기 제1측벽의 반대쪽에 위치한 제2측벽에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치에 있어서, 상기 제1분사부는 복수개의 제1노즐을 포함하되, 상기 제1노즐들은 상기 제1축방향으로 서로 이격되게 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치에 있어서, 상기 제2분사부는 복수개의 제2노즐을 포함하되, 상기 제2노즐들은 상기 제1축방향으로 서로 이격되게 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러는 유동화된 연료가 연소되는 연소로; 상기 연소로에 연결되고, 상기 유동화된 연료의 연소에 의해 발생되는 배가스로부터 고체 입자들을 분리하는 분리기; 상기 연소로와 상기 분리기를 연결하는 제1덕트; 및 상기 제1덕트에 설치되고, 상기 연소로로부터 배출되어 상기 분리기로 이동하는 배가스에 유해물질을 저감하기 위한 환원제를 분사하는 유해물질 저감장치를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 제1노즐이 배가스가 제2노즐 쪽으로 집중되도록 환원제를 분사하고, 제2노즐이 제1노즐에 의해 집중된 배가스에 환원제를 분사하도록 구현됨으로써, 환원제 및 배가스가 혼합되는 비율을 증대시킬 수 있고, 이에 따라 배가스에 대한 유해물질 제거율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 제2노즐이 제1덕트를 따라 이동하는 배가스에 환원제를 분사함으로써 배가스로부터 유해물질을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 환원제를 분리기에 형성된 와류의 회전방향에 추종되는 방향으로 분사함으로써 환원제와 혼합된 배가스 및 고체 입자들이 와류의 형성을 방해하지 않으면서 분리기로 공급되도록 구현될 수 있다.

본 발명은 제2노즐이 환원제를 분리기에 형성된 와류의 회전방향에 추종되는 방향으로 분사함으로써, 환원제와 혼합된 배가스 및 고체 입자들이 분리기로 공급되면서 와류의 세기를 강화시킬 수 있고, 이에 따라 분리기에서 배가스와 고체 입자들을 분리하는 작업에 대한 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 개략적인 수직 단면도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치를 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 선을 기준으로 나타낸 개략적인 수평 단면도

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치는 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러에 포함되므로, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 바람직한 실시예를 설명하면서 함께 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 개략적인 수직 단면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치를 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 선을 기준으로 나타낸 개략적인 수평 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 유동화된 연료가 연소되는 연소로(2), 상기 연소로(2)로부터 배출되는 배가스 및 고체 입자들을 분리하는 분리기(3), 상기 연소로(2)와 상기 분리기(3)를 연결하는 제1덕트(4), 및 상기 연소로(2)로부터 배출되어 상기 분리기(3)로 이동하는 배가스에 유해물질을 저감하기 위한 환원제(Reducing Agent)를 분사하는 유해물질 저감장치(100)를 포함한다.

상기 연소로(2)는 전방 벽(21), 후방 벽(22), 및 이들 사이에 위치하는 2개의 측면 벽들을 포함할 수 있다. 상기 연소로(2)는 상기 전방 벽(21), 상기 후방 벽(22) 및 상기 측면 벽들의 상부에 위치하는 지붕(23)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 연소로(2)는 상기 전방 벽(21), 상기 후방 벽(22) 및 상기 측면 벽들의 하부에 위치하는 바닥(24)을 포함할 수 있다. 상기 연소로(2)는 상기 전방 벽(21), 상기 후방 벽(22), 상기 측면 벽들, 상기 지붕(23), 및 상기 바닥(24)에 의해 폐쇄되게 형성된다. 상기 연소로(2)의 벽들(21, 22)은 핀들(fins)에 의해 서로 결합된 튜브들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 연소로(2)는 상기 튜브들을 통해 흐르는 액체가 유동화된 연료가 연소됨에 따라 발생하는 열을 흡수하도록 구현됨으로써, 열 교환 기능을 갖출 수 있다.

상기 연소로(2)는 유동화가스를 공급하기 위한 가스공급유닛(25)을 더 포함할 수 있다. 상기 가스공급유닛(25)은 상기 연소로(2) 내부에 유동화가스를 공급한다. 상기 가스공급유닛(25)은 상기 바닥(24) 위에 설치되는 플레이트(251), 상기 플레이트(251)에 형성된 복수개의 홀들(미도시), 및 상기 복수개의 홀들에 대응되도록 상기 플레이트(251) 상에 결합된 복수개의 유동화노즐(252)을 포함한다.

상기 플레이트(251)는 상기 바닥(24)으로부터 소정 거리 이격되게 설치된다. 상기 플레이트(251)는 상기 바닥(24)과 평행하게 설치될 수 있다. 상기 플레이트(251)와 상기 바닥(24) 사이의 공간은 가스실(253)을 구성한다.

상기 홀들은 상기 플레이트(251)를 관통하여 형성된다. 상기 홀들은 서로 소정 거리 이격되게 형성될 수 있다.

상기 유동화노즐(252)들은 각각 상기 홀들에 연결되게 상기 플레이트(251)에 결합된다. 가스공급원(미도시)으로부터 공급되는 유동화가스는, 상기 바닥(24)을 통과하여 상기 가스실(253)에 공급된 후에 상기 홀들 및 상기 유동화노즐(252)들을 거쳐 상기 연소로(2) 내부로 공급된다.

상기 연소로(2)는 연료를 공급하기 위한 연료공급유닛(26)을 더 포함할 수 있다. 상기 연료공급유닛(26)은 상기 연소로(2) 내부에 화석 연료, 바이오매스 연료 등과 같은 고형 연료를 공급한다. 상기 연료공급유닛(26)은 고형 연료에 추가로 석회석 등과 같은 특정 흡착제를 상기 연소로(2) 내부에 공급할 수 있다. 상기 연료공급유닛(26)은 상기 고형 연료 및 상기 흡착제를 하나의 관로를 통해 상기 연소로(2)에 공급할 수 있다. 상기 연료공급유닛(26)은 상기 고형 연료 및 상기 흡착제를 별도의 관로들을 통해 상기 연소로(2)에 공급할 수도 있다.

상기 연료공급유닛(26)이 공급한 고형 연료는 상기 연소로(2)에 설치된 버너(미도시)에 의해 연소된다. 이 경우, 상기 연료공급유닛(26)이 공급한 고형 연료는 상기 가스공급유닛(25)으로부터 분사되는 유동화 가스에 의해 연소가 촉진됨으로써 유동화된다. 상기 고형 연료가 연소됨에 따라 생성되는 연소 가스와 가열된 공기의 혼합물(이하, '배가스'로 칭함)은 대류 현상에 의해 상기 연소로(2) 내에서 위로 상승하면서 상기 연소로(2) 내부에 존재하는 고체 입자들의 일부를 포획한 후에 상기 연소로(2)로부터 배출된다. 상기 고체 입자들은 상기 고형 연료와 상기 흡착제를 포함할 수 있다. 상기 배가스는 상기 후방 벽(22)을 통해 상기 연소로(2)로부터 배출될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 분리기(3)는 상기 제1덕트(4)를 통해 상기 연소로(2)에 연결된다. 상기 분리기(3)는 상기 연소로(2)로부터 배출되어 상기 제1덕트(4)를 통해 공급되는 배가스 및 고체 입자들을 분리한다. 상기 분리기(3)는 제2덕트(31)를 통해 가스 터빈(미도시)에 연결될 수 있다. 상기 분리기(3)에 의해 고체 입자들로부터 분리된 배가스는 상기 제2덕트(31)를 통해 상기 가스 터빈으로 공급된다. 상기 분리기(3)에 의해 고체 입자들로부터 분리된 배가스는 상기 제2덕트(31)를 통해 배출된 후에 열 회수부(미도시)를 거쳐 상기 가스 터빈으로 공급될 수도 있다.

상기 분리기(3)는 상기 연소로(2)로부터 배출되어 상기 제1덕트(4)를 통해 공급되는 배가스 및 고체 입자들을 분리하기 위한 와류(Vortex)를 형성한다. 이에 따라, 상기 분리기(3)는 원심력을 이용하여 상기 제1덕트(4)로부터 공급되는 배가스 및 고체 입자들을 분리할 수 있다. 상기 배가스 및 고체 입자들은, 상기 분리기(3) 내부에서 상기 와류에 의해 상기 제2덕트(31)를 중심으로 회전하면서 원심력에 의해 서로 분리될 수 있다. 도 2에는 상기 분리기(3)에서 상기 배가스 및 고체 입자들을 분리하기 위한 와류가 상기 제2덕트(31)를 중심으로 시계방향의 회전방향을 갖도록 형성되는 것으로 회전하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 와류는 반시계방향의 회전방향을 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 분리기(3)는 배가스 및 고체 입자들이 분리되는 작업이 이루어지는 분리부(32)를 포함할 수 있다. 상기 분리부(32)에는 상기 제1덕트(4) 및 상기 제2덕트(31)가 연결된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분리부(32)는 내면이 수평 단면을 기준으로 곡면을 이루도록 형성될 수 있다. 상기 분리부(32)의 내면이 수평 단면을 기준으로 다각형으로 형성되는 경우, 배가스 및 고체 입자들을 분리하기 위한 와류의 형성을 방해할 수 있기 때문이다. 상기 분리부(32)는 외면이 수평 단면을 기준으로 곡면 또는 다각형 형태로 형성될 수 있다. 상기 분리부(32)가 다각형의 판재가 서로 결합되어 다각형 형태로 형성되는 경우, 상기 분리부(32)는 외면이 수평 단면을 기준으로 다각형 형태로 형성되고, 내면이 수평 단면을 기준으로 내화재(Refractory Material)에 의해 곡면을 이루도록 형성될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 제1덕트(4)는 상기 연소로(2)와 상기 분리기(3)를 연결한다. 상기 제1덕트(4)는 상기 연소로(2)에서 상기 분리기(3)를 향하는 제1축방향(X축 방향)으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기 연소로(2)로부터 배출되는 배가스 및 고체 입자들은 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하여 상기 분리기(3)로 공급될 수 있다. 상기 제1덕트(4)는 전체적으로 직방체 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연소로(2)로부터 배출되는 배가스 및 고체 입자들이 이동하기 위한 유로를 제공할 수 있는 형태이면 원통 형태 등 다른 형태로 형성될 수도 있다.

상기 제1덕트(4)는 상기 제1축방향(X축 방향)에 대해 수직한 제2축방향(Y축 방향, 도 2에 도시됨)으로 상기 제2덕트(31)의 일측 또는 타측에 치우지게 상기 분리기(3)에 연결될 수 있다.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1덕트(4)는 상기 제2축방향(Y축 방향)으로 상기 제2덕트(31)의 좌측에 치우치게 상기 분리기(3)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1덕트(4)는 상기 연소로(2)로부터 배출되어 상기 분리기(3)로 공급되는 배가스와 고체 입자들이 상기 와류의 회전방향에 추종되는 방향으로 공급되도록 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 와류는 상기 제2덕트(31)를 중심으로 시계방향의 회전방향을 갖도록 형성된다. 이에 따라, 상기 제1덕트(4)는 상기 연소로(2)로부터 배출되어 상기 분리기(3)로 공급되는 배가스와 고체 입자들이 상기 와류의 형성을 방해하지 않으면서 상기 분리기(3)로 공급되도록 구현될 수 있다. 또한, 상기 제1덕트(4)는 상기 연소로(2)로부터 배출되어 상기 분리기(3)로 공급되는 배가스와 고체 입자들이 상기 와류의 세기를 강화시킴으로써, 상기 분리기(3)에서 상기 배가스와 고체 입자들을 분리하는 작업에 대한 효율을 향상시킬 수 있다.

도시되지 않았지만, 상기 제1덕트(4)는 도 2에 도시된 것과 반대로, 상기 제2축방향(Y축 방향)으로 상기 제2덕트(31)의 우측에 치우치게 상기 분리기(3)에 연결될 수도 있다. 이 경우, 상기 와류는 상기 제2덕트(31)를 중심으로 반시계방향의 회전방향을 갖도록 형성된다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 유해물질 저감장치(100)는 상기 제1덕트(4)에 설치된다. 상기 유해물질 저감장치(100)는 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 상기 환원제를 분사함으로써, 상기 배가스에 포함된 유해물질을 줄일 수 있다. 예컨대, 상기 유해물질 저감장치(100)는 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 암모니아(NH₃)와 요소(Urea) 중에서 적어도 하나를 분사함으로써, 상기 배가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 줄일 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 유해물질 저감장치(100)를 이용하여 상기 연소로(2)로부터 배출되는 배가스로부터 유해물질의 양을 줄이거나 배가스로부터 유해물질을 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 유해물질 배출기준을 만족시킬 수 있고, 환경문제를 해소하는데 적합한 설비로 구현될 수 있다.

상기 유해물질 저감장치(100)는 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 상기 환원제를 분사하기 위한 제1분사부(110, 도 2에 도시됨) 및 제2분사부(120, 도 2에 도시됨)를 포함한다.

상기 제1분사부(110)는 상기 제1축방향(X축 방향)으로 상기 제2분사부(120)로부터 이격되게 설치된다. 상기 제1분사부(110)는 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 상기 환원제를 분사하기 위한 제1노즐(111, 도 2에 도시됨)을 포함한다.

상기 제1노즐(111)은 상기 제1축방향(X축 방향)으로 상기 제2분사부(120)에 비해 상기 연소로(2)에 더 가깝게 설치된다. 상기 제1노즐(111)은 상기 제2분사부(120) 쪽을 향하는 제1방향으로 환원제를 분사한다. 이를 위해, 상기 제1노즐(111)은 상기 제1방향을 향하도록 상기 제1덕트(4)에 기울어지게 설치된다. 이에 따라, 상기 제1분사부(110)는 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 상기 환원제를 분사함으로써 상기 배가스로부터 유해물질을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스를 상기 제2분사부(120) 쪽으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 상기 제1분사부(110)는 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스가 상기 제2분사부(120) 쪽으로 집중되도록 함으로써, 상기 제2분사부(120)로부터 분사되는 환원제와 배가스가 혼합되는 비율을 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1분사부(110)는 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 대한 유해물질 제거율을 향상시킬 수 있다.

상기 제1분사부(110)는 상기 제1노즐(111)에 상기 환원제를 공급하는 제1환원제공급유닛(112, 도 2에 도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 제1환원제공급유닛(112)은 상기 제1덕트(4)의 외부에 위치되게 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1노즐(111)은 일부가 상기 제1덕트(4)의 내부에 삽입되고, 나머지 일부가 상기 제1덕트(4)의 외부에 위치되도록 상기 제1덕트(4)에 설치될 수 있다. 상기 제1환원제공급유닛(112)은 상기 제1노즐(111)에서 상기 제1덕트(4)의 외부에 위치된 부분에 관로 등을 통해 연결됨으로써, 상기 제1노즐(111)에 상기 환원제를 공급할 수 있다. 상기 제1환원제공급유닛(112)은 상기 제1덕트(4)에 결합될 수도 있고, 별도의 구조물에 결합될 수도 있다.

상기 제2분사부(120)는 상기 제1축방향(X축 방향)으로 상기 제1분사부(110)로부터 이격되게 설치된다. 상기 제2분사부(120)는 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 상기 환원제를 분사하기 위한 제2노즐(121, 도 2에 도시됨)을 포함한다.

상기 제2노즐(121)은 상기 제1축방향(X축 방향)으로 상기 제1노즐(111)에 비해 상기 분리기(3)에 더 가깝게 설치된다. 상기 제2노즐(121)은 상기 제1방향과 상이(相異)한 제2방향으로 환원제를 분사한다. 이를 위해, 상기 제2노즐(121)은 상기 제2방향을 향하도록 상기 제1덕트(4)에 기울어지게 설치된다. 상기 제2방향은, 상기 제2노즐(121)로부터 분사된 환원제가 상기 분리기(3)에 형성된 와류의 회전방향에 추종되는 방향이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 제2노즐(121)이 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 상기 환원제를 분사함으로써 상기 배가스로부터 유해물질을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 환원제를 상기 분리기(3)에 형성된 와류의 회전방향에 추종되는 제2방향으로 분사함으로써 상기 환원제와 혼합된 배가스 및 고체 입자들이 상기 와류의 형성을 방해하지 않으면서 상기 분리기(3)로 공급되도록 구현될 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 제2노즐(121)이 상기 환원제를 상기 분리기(3)에 형성된 와류의 회전방향에 추종되는 제2방향으로 분사함으로써, 상기 환원제와 혼합된 배가스 및 고체 입자들이 상기 분리기(3)로 공급되면서 와류의 세기를 강화시키도록 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 분리기(3)에서 상기 배가스와 고체 입자들을 분리하는 작업에 대한 효율을 향상시킬 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 제1노즐(111)이 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스가 상기 제2노즐(121) 쪽으로 집중되도록 환원제를 분사하고, 상기 제2노즐(121)이 상기 제1노즐(111)에 의해 집중된 배가스에 환원제를 분사하도록 구현된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 제2노즐(121)이 분사하는 환원제 및 배가스가 혼합되는 비율을 증대시킴으로써, 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 대한 유해물질 제거율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 유해물질 배출기준을 만족시킬 수 있고, 환경문제를 해소하는데 더 적합한 설비로 구현될 수 있다.

상기 제2노즐(121)과 상기 제1노즐(111)은 서로 마주보는 방향을 향하도록 상기 제1덕트(4)에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1노즐(111)는 상기 제1덕트(4)에서 상기 제2축방향(Y축 방향, 도 2에 도시됨)에 위치한 측벽들 중에서 제1측벽(41)에 설치될 수 있다. 상기 제2노즐(121)은 상기 제1측벽(41)의 반대쪽에 위치한 제2측벽(42)에 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 제1노즐(111)이 환원제를 분사함에 따라 배가스가 상기 제2노즐(121) 쪽으로 집중되는 정도를 증가시킴으로써, 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 대한 유해물질 제거율을 더 향상시킬 수 있다.

상기 제2분사부(120)는 상기 제2노즐(121)에 상기 환원제를 공급하는 제2환원제공급유닛(122, 도 2에 도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 제2환원제공급유닛(122)은 상기 제1덕트(4)의 외부에 위치되게 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2노즐(121)은 일부가 상기 제1덕트(4)의 내부에 삽입되고, 나머지 일부가 상기 제1덕트(4)의 외부에 위치되도록 상기 제1덕트(4)에 설치될 수 있다. 상기 제2환원제공급유닛(122)은 상기 제2노즐(121)에서 상기 제1덕트(4)의 외부에 위치된 부분에 관로 등을 통해 연결됨으로써, 상기 제2노즐(121)에 상기 환원제를 공급할 수 있다. 상기 제2환원제공급유닛(122)은 상기 제1덕트(4)에 결합될 수도 있고, 별도의 구조물에 결합될 수도 있다. 상기 제2분사부(120)는 상기 제2환원제공급유닛(122)을 별도고 구비하지 않고, 상기 제1환원제공급유닛(112)을 이용하여 상기 제2노즐(121)에 상기 환원제를 공급할 수도 있다. 이 경우, 상기 제2노즐(121)은 상기 제1환원제공급유닛(112)에 관로 등을 통해 연결될 수 있다.

도 3을 참고하면, 상기 제1분사부(110)는 상기 제1노즐(111)을 복수개 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 제1노즐(111)들은 상기 제1축방향(X축 방향)으로 서로 이격되게 상기 제1덕트(4)에 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 제1노즐(111)들이 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 환원제를 분사하는 영역을 증가시킴으로써, 배가스에 대한 유해물질 제거율을 더 높일 수 있고, 이와 동시에 배가스가 상기 제2노즐(121) 쪽으로 집중되는 정도를 증가시킬 수 있다.

상기 제2분사부(120)는 상기 제2노즐(121)을 복수개 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 제2노즐(121)들은 상기 제1축방향(X축 방향)으로 서로 이격되게 상기 제1덕트(4)에 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 제2노즐(121)들이 상기 제1덕트(4)를 따라 이동하는 배가스에 환원제를 분사하는 영역을 증가시킴으로써, 배가스에 대한 유해물질 제거율을 더 높일 수 있고, 이와 동시에 상기 환원제와 혼합된 배가스 및 고체 입자들이 상기 분리기(3)로 공급되면서 와류의 세기를 더 강화시키도록 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 분리기(3)에서 상기 배가스와 고체 입자들을 분리하는 작업에 대한 효율을 더 향상시킬 수 있다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 분리기(3)에 연결되는 리턴 덕트(5), 및 상기 리턴 덕트(5)로부터 공급되는 고체 입자들로부터 열을 흡수하여 열 교환을 수행하는 열교환부(6)를 포함한다.

상기 리턴 덕트(5)는 상기 분리기(3) 및 상기 열교환부(6)를 연결한다. 상기 분리부(32)는 상기 제2덕트(31) 및 상기 리턴 덕트(5) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 분리기(3)에 의해 배가스로부터 분리된 고체 입자들은 중력에 의해 하측으로 떨어짐에 따라 상기 분리기(3)로부터 배출됨으로써, 상기 리턴 덕트(4)로 공급된다. 그 후 상기 리턴 덕트(4)로 공급된 고체 입자들은, 상기 리턴 덕트(4)를 통과하여 상기 열교환부(6)로 공급된다. 상기 리턴 덕트(5)로부터 배출되는 고체 입자들은 상기 열교환부(6)를 거쳐 다시 상기 연소로(2)로 공급된다.

도 1을 참고하면, 상기 열교환부(6)는 상기 분리기(3)에 연결되는 열교환챔버(61), 및 상기 열교환챔버(61)에 설치되는 열교환튜브(62)를 포함할 수 있다.

상기 열교환챔버(61)는 상기 리턴 덕트(5)를 통해 상기 분리기(3)에 연결된다. 상기 분리기(3)에서 배가스로부터 분리된 고체 입자들은 상기 리턴 덕트(5)를 통과하여 상기 열교환챔버(61)로 공급된다. 상기 열교환챔버(61)에서는 상기 열교환튜브(62)를 따라 이동하는 열교환 매체가 상기 리턴 덕트(5)로부터 공급되는 고체 입자들이 갖는 열을 흡수하는 열 교환이 수행된다. 상기 열교환챔버(61)는 내부가 비어 있는 직방체 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 열 교환이 수행되는 공간을 제공할 수 있는 형태이면 다른 형태로 형성될 수도 있다.

상기 열교환튜브(62)는 상기 열교환챔버(61)에 설치된다. 상기 열교환튜브(62)는 상기 열교환챔버(61)로 공급되는 고체 입자들로부터 열을 흡수함으로써 상기 열 교환을 수행한다. 상기 열교환튜브(62) 내부에는 상기 열교환 매체가 이동한다. 예컨대, 상기 열교환 매체는 물일 수 있다.

도 1을 참고하면, 상기 열교환부(6)는 상기 열교환챔버(61)와 상기 연소로(2)의 제1유입구(2a)를 연결하는 배출부(63)를 포함할 수 있다.

상기 배출부(63)는 상기 열교환튜브(62)의 하측에 위치되게 상기 열교환챔버(61)에 결합된다. 이에 따라, 상기 열교환챔버(61)에 공급되어 상기 열교환튜브(62)를 거친 고체 입자들은 상기 배출부(63) 및 상기 제1유입구(2a)를 통해 상기 연소로(2)로 복귀된다. 상기 배출부(63)는 고체 입자들이 이동할 수 있는 유로를 제공할 수 있도록 내부가 비어 있는 원통 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 배출부(63)는 파이프일 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

1 : 순환 유동층 보일러 2 : 연소로 3 : 분리기 4 : 제1덕트
5 : 리턴 덕트 6 : 열교환장치 100 : 유해물질 저감장치
110 : 제1분사부 111 : 제1노즐 120 : 제2분사부 121 : 제2노즐

Claims (4)

1. 연소로와 분리기를 연결하는 제1덕트에 설치되고, 상기 연소로로부터 배출되어 상기 제1덕트를 따라 이동하는 배가스에 유해물질을 저감하기 위한 환원제(Reducing Agent)를 분사하는 제1분사부; 및
   상기 연소로에서 상기 분리기를 향하는 제1축방향으로 상기 제1분사부로부터 이격되게 상기 제1덕트에 설치되고, 상기 연소로로부터 배출되어 상기 제1덕트를 따라 이동하는 배가스에 유해물질을 저감하기 위한 환원제를 분사하는 제2분사부를 포함하고;
   상기 제1분사부는 상기 연소로로부터 배출되는 배가스가 상기 제2분사부 쪽으로 이동하도록 상기 제2분사부 쪽을 향하는 제1방향으로 환원제를 분사하기 위해 상기 제1덕트에 기울어지게 설치되는 제1노즐을 포함하되, 상기 제1축방향에 대해 수직한 제2축방향에 위치한 제1덕트의 측벽들 중에서 제1측벽에만 상기 제1노즐이 설치되며,
   상기 제2분사부는 상기 제1축방향으로 상기 제1노즐에 비해 상기 분리기에 더 가까운 위치에서 상기 제1측벽의 반대쪽에 위치한 제2측벽에만 설치되는 제2노즐을 포함하되, 상기 제2노즐은 환원제가 상기 분리기에서 배가스와 고체 입자들을 분리하기 위한 와류(Vortex)의 회전방향에 추종되는 제2방향으로 환원제를 분사하기 위해 상기 제1덕트에 기울어지게 설치되고,
   상기 제1노즐은 상기 제1방향으로 환원제를 분사하여 상기 제1덕트를 따라 이동하는 배가스를 상기 제2노즐이 설치된 상기 제2측벽 쪽으로 집중시키도록 상기 제1측벽에만 설치되며,
   상기 제2노즐은 상기 제2측벽 쪽으로 집중된 배가스를 상기 분리기에 형성된 와류의 회전방향에 추종시키기 위해 상기 제2측벽 쪽으로 집중된 배가스에 상기 제2방향으로 환원제를 분사하도록 상기 제2측벽에만 설치된 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1분사부는 복수개의 제1노즐을 포함하되, 상기 제1노즐들은 상기 제1축방향으로 서로 이격되게 설치되고;
   상기 제2분사부는 복수개의 제2노즐을 포함하되, 상기 제2노즐들은 상기 제1축방향으로 서로 이격되게 설치되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러용 유해물질 저감장치.
4. 유동화된 연료가 연소되는 연소로;
   상기 연소로에 연결되고, 상기 유동화된 연료의 연소에 의해 발생되는 배가스로부터 고체 입자들을 분리하는 분리기;
   상기 연소로와 상기 분리기를 연결하는 제1덕트; 및
   상기 제1덕트에 설치되고, 상기 연소로로부터 배출되어 상기 분리기로 이동하는 배가스에 유해물질을 저감하기 위한 환원제를 분사하는 제1항 또는 제3항의 유해물질 저감장치를 포함하는 순환 유동층 보일러.

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