KR101853188B1 - 오염물 제거장치 및 이를 구비하는 복합화력 발전 시스템 - Google Patents

오염물 제거장치 및 이를 구비하는 복합화력 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 오염물 제거장치는, 열교환기의 튜브에 발생된 오염물을 제거하는 오염물 제거장치로서, 튜브에 진동을 유발하는 진동 발생부, 진동에 의해 튜브로부터 탈리된 오염물을 이동시키는 이송부를 포함하는 오염물 제거장치이다.

Description

오염물 제거장치 및 이를 구비하는 복합화력 발전 시스템{Pollutant removal apparatus and Combined cycle power generation system}
본 발명은 오염물 제거장치 및 이를 구비하는 복합화력 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 복합화력 발전소의 보일러 튜브는 저탄소강 재질로 구성되어 있어, 연소가스에 의한 부식을 방지하기 위하여 튜브의 외면을 방청페인트로 코팅처리를 한다.
그러나, 발전소의 잦은 기동과 정지로 피막이 손상되면서, 튜브 외면에 생성된 오염물은 굴뚝을 통하여 외부로 비산된다.
이때, 오염물의 주성분은 방청 페인트와 슬래그에서 생성된 산화철이 주성분이다. 비산 산화물인 방청페인트와 슬래그의 성분은 각각 CaCO3와 Fe2O3이며, 주성분은 철산화물이며, 철산화물은 SOx성분이 보일러 내부에 존재하는 수분과 반응하여 생성된 황산(SO3 + H2O → H2SO4 → 2H++SO42- )이 방청페인트가 손상된 튜브와 부식반응으로 생성된다(Fe +2H+ → Fe2+ + H2↑).
특히, 이러한 산화철은 가스터빈 복합화력이 장기간에 걸쳐서 연속운전을 하는 경우에는 문제가 발생되지 않으나, 첨두부하용으로 잦은 기동, 정지를 하는 경우에 많이 발생되어, 보일러가 정지후 기동하게 될 경우, 오염물이 탈리되면서, 대기중으로 비산하여, 주변지역에 피해를 주는 문제점이 있다.
따라서, 오염물이 비산되는 것을 방지하는 장치개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 보일러 튜브 외면에 진동을 가하여, 튜브에 부착된 오염물을 제거시킴으로써, 대기중에 오염물이 비산하는 것을 방지할 수 있는 오염물 제거장치 및 이를 구비하는 복합화력 발전 시스템을 제공한다.
일 예에서 본 발명에 따른 오염물 제거장치는 튜브에 진동을 유발하는 진동 발생부, 진동에 의해 튜브로부터 탈리된 오염물을 이동시키는 이송부를 포함한다.
다른 예에서, 본 발명에 따른 오염물 제거장치는 진동 발생부와 튜브를 연결하는 도파관을 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 이송부는 튜브의 하단에 배치되어, 튜브로부터 떨어진 오염물을 이송하는 컨베이어를 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 이송부는 일측에 분리부를 더 포함할 수 있다. 분리부는 컨베이어를 통해 오염물을 전달받고, 회전하는 롤러와, 롤러와 일단이 접촉하며, 타단은 롤러와 이격된 보관부와 인접하게 배치되어, 오염물의 적어도 일부를 보관부로 안내하는 스크래퍼를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 롤러는 내부에 자석을 포함하고, 금속이 포함된 오염물을 자석에 의한 인력에 의해, 롤러에 부착시켜 회전시키고, 롤러와 맞닿는 스크래퍼에 의하여, 금속이 포함된 오염물을 보관부로 안내하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에서, 오염물에 포함된 금속은 산화철일 수 있다.
또 다른 예에서, 본 발명에 따른 복합화력 발전 시스템은 연소부에서 생성되는 연소가스가 유입되어 구동되는 주터빈부와, 주터빈부에서 배출되는 배기가스의 열을 이용하여 증기를 생산시키며, 열교환기 튜브가 구비된 배열회수 보일러와, 배열회수 보일러에서 생산된 증기를 통해 구동되는 증기터빈부 및 튜브에 발생된 오염물을 제거하는 오염물 제거장치를 포함할 수 있다. 오염물 제거장치는 튜브에 진동을 발생시키는 진동 발생부와, 진동에 의하여, 탈리된 오염물을 이동시키는 이송부를 포함한다.
또 다른 예에서, 본 발명에 따른 복합화력 발전 시스템은 주터빈부에서 배출되는 배기가스가 외부로 배기되는 경로 중에 마련되고 튜브가 설치되는 통로의 하부에 개폐부가 더 구비될 수 있다. 개폐부는 통로를 선택적으로 외부와 통하게 하는 도어 도어를 개폐시키는 구동부를 포함할 수 있으며, 도어의 개방시, 튜브에서 탈리된 오염물은 통로의 하부에 구비된 이송부로 낙하되도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에서, 이송부는 일측에 분리부를 더 포함할 수 있으며, 분리부는 컨베이어를 통해 오염물을 전달받고, 회전하는 롤러와, 롤러와 일단이 접촉하며, 타단은 롤러와 이격된 보관부와 인접하게 배치되어, 오염물의 적어도 일부를 보관부로 안내하는 스크래퍼를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 롤러는 내부에 자석을 포함하고, 오염물에 포함된 산화철을 자석에 의한 인력에 의해, 부착시켜 회전시키고, 롤러와 맞닿는 스크래퍼에 의하여, 산화철은 보관부로 안내될 수 있다.
또 다른 예에서, 주터빈부, 및 증기터빈부 중의 적어도 하나 이상이 가동되기 전에, 또는 재가동되기 전에, 오염물 제거장치가 작동되도록 구성될 수 있다.
복합화력 발전 시스템의 기동전에 진동 발생기가 오염물을 탈리시켜, 오염물만을 따로 분리할 수 있다. 이는, 대기중에 오염물이 비산하는 것을 방지할 수 있어, 환경이 오염되는 것을 예방할 수 있다.
도 1은 복합화력 발전 시스템의 간략도이다.
도 2는 도 1의 배열회수 보일러의 정면도이다.
도 3은 도 1의 오염물 제거장치의 도면이다.
도 4은 도 3 'A'의 상세도이다.
도 5는 도 3 개폐부의 정면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 복합화력 발전 시스템의 간략도이며, 도 2는 도 1의 배열회수 보일러의 정면도이며, 도 3은 도 1의 오염물 제거장치의 도면이며, 도 4는 도 3 'A'의 상세도이며, 도 5는 도 3 개폐부의 정면도이다. 도 1 내지 도 5를 참고하여 설명한다.
복합화력 발전 시스템(100)이란 열효율 향상을 위해 두 종류의 열 사이클을 조합하여 발전하도록 구성될 수 있다. 일예로, 복합 사이클 중 가장 대표적인 것은 가스터빈 사이클과 증기터빈 사이클을 결합하여 하나의 발전 플랜트로 운용하는 방식일 수 있다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 복합화력 발전 시스템(100)은 연소부(11)에서 배출되는 배기가스에 의해 구동되는 주터빈부(10)와, 주터빈부(10)의 구동에 의해 배출되는 배기가스의 열을 이용하여 증기를 생산하는 배열회수 보일러(20)와, 배열회수 보일러(20)에서 생산된 증기를 이용하여 구동되는 증기 터빈부(30)를 포함한다.
복합화력 발전 시스템(100)의 전력생산은 1차적으로 가스를 연소시켜 주터빈부(10)를 구동하여, 1차 발전을 한 후 배출된 고온의 폐열을 배열회수 보일러(20)로 이송시키도록 구성될 수 있다.
배열회수 보일러(20)로 회수된 폐열은 증기 터빈부(30) 발전에 적합한 증기를 생산하도록 구성될 수 있다. 배열회수 보일러(20)는 물을 증기로 만들어 2차적으로 증기 터빈부(30)를 구동시켜 전기를 생산하도록 구성될 수 있다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배열회수 보일러(20)는 열 효율을 높이게 하기 위하여 열교환기(231) 및 열교환기(231)에 사용되는 복수개의 튜브(230)가 구비될 수 있다. 일예로, 튜브(230)의 외면에는 핀이 나선형으로 감기도록 구성될 수 있으며, 핀과 튜브 사이에 열전도가 잘되도록 구성될 수 있다. 튜브(230)는 핀 튜브(Finned Tube)가 사용될 수 있다.
보통의 경우, 가열된 가스가 튜브(230) 내로 이동하면서, 튜브(230)의 외면은 높은 온도에 의하여, 부식될 수 있다. 또한, 복합화력 발전 시스템(100)의 잦은 기동과 정지로 튜브(230)의 피막이 손상되면서, 튜브(230) 외면에 오염물이 생성될 수 있다. 본원발명은 이러한 오염물(1)을 제거하기 위하여, 튜브(230)에 오염물 제거장치(200)가 구비될 수 있다.
오염물 제거장치(200)는 복합화력 발전 시스템(100)이 가동되기 전이나, 복합화력 발전 시스템(100)의 가동이 중단된 후, 재 가동하기 전에 작동되도록 구성될 수 있다.
오염물 제거장치(200)는 진동 발생부(210)와, 이송부(220)를 포함한다. 먼저, 진동 발생부(210)는 튜브(230)의 일측에 구비될 수 있다. 튜브(230)의 피막이 손상되면서 생성된 오염물은 진동 발생부(210)의 진동에 의하여 튜브(230)로부터 탈리시키도록 구성될 수 있다. 오염물(1)은 진동에 의하여, 튜브(230) 하단측으로 낙하되도록 구성될 수 있다.
일예로, 진동 발생부(210)는 튜브(230)에 구비된 도파관(240)에 연결되어, 진동력을 튜브(230)에 전달하도록 구성될 수 있다. 진동 발생부(210)는 초음파 진동 발생기일 수 있다. 초음파 진동 발생기 뿐만 아니라, 진동을 발생시키는 장치이면 모두 만족하다.
다음으로, 이송부(220)에 대하여 살펴본다. 이송부(220)는 튜브(230) 보다 하측에 배치될 수 있다. 이송부(220)는 진동에 의하여, 튜브(230)로부터 탈리된 오염물을 이송시키도록 구성될 수 있다. 이송부(220)는 회전부(222)와, 컨베이어(221)를 포함할 수 있으며, 회전부(222)의 회전에 의하여 컨베이어(221)가 이동하도록 구성될 수 있다. 컨베이어(221) 표면에는 오염물(1)이 낙하될 수 있으며, 오염물은 컨베이어(221)의 회전에 따라 이송되도록 구성될 수 있다.
일예로, 이송부(220)는 수용부(270)를 더 포함할 수 있다. 수용부(270)는 튜브(230)보다 하단에 배치될 수 있으며, 내부에 수용공간이 형성되어, 수용공간에 오염물을 수용할 수 있다. 수용부(270)의 일측에는 오염물을 배출하도록 홀(미도시)이 형성될 수 있으며, 홀로부터 배출된 오염물(1)은 이송부(220)로 이동되도록 구성될 수 있다. 홀은 이송부(220)에 인접하게 형성될 수 있다.
도 3에는 튜브(230)의 하단에 수용부(270) 및 이송부(220)가 구비된 것을 도시하였으나, 이에 한정하지 않고, 튜브(230) 하단에 이송부(220) 혹은 수용부(270) 만이 배치된 구성도 가능하다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 오염물 제거장치(200)는 개폐부(260)가 더 구비될 수 있다.
일예로, 개폐부(260)는 주터빈부(10)에서 배출되는 배기가스가 배기부(40)로 배기되는 경로 중에 마련될 수 있으며, 튜브(230)가 설치되는 통로(233)의 하부에 구비될 수 있다.
개폐부(260)는 도어(262)와 구동부(261)를 포함할 수 있다. 도어(262)는 튜브(230)를 일부 가리도록 구성될 수 있으며, 구동부(261)의 작동에 따라 도어(262)는 통로(233)를 선택적으로 개폐하도록 구성될 수 있다.
일예로, 도어(262)의 개방시, 통로(233)는 외부와 통하도록 구성될 수 잇다. 튜브(230)에 부착된 오염물(1)은 이송부(220)로 낙하하도록 구성될 수 있다. 반대로, 도어(262)가 닫혀질 경우에는 튜브(230)에 부착된 오염물(1)은 도어(262)의 표면에 낙하하도록 구성될 수 있다. 일예로, 구동부(261)는 이송부(220)와 연동되어 작동될 수 있다. 컨베이어(221)가 회전할 경우, 도어(262)는 개방된 형태로 구성될 수 있다.
개폐부(260)는 튜브(230)와 이송부(220) 사이에 배치될 수 있으며, 도어(262) 개폐에 따라 오염물(1)은 튜브(230)와 이격된 거리로 분리시키도록 구성될 수 있다.
일예로, 도어(262)가 개방되어, 튜브(230)에 부착된 오염물(1)은 이송부(220)로 낙하된 후, 도어(262)가 닫혀지게 됨으로써, 튜브(230) 측에 오염물이 부착되지 않게 되어, 배열회수 보일러(20)와 연결된 배기부(40)에는 오염물(1)이 비산되지 않도록 구성될 수 있다.
일예로, 오염물(1)은 방청 페인트, 산화철, 철산화물이며, 황산 등일 수 있으며, 이러한 오염물은 배기부(40)를 통하여, 외부로 비산되는데, 개폐부(260) 및 이송부(220)의 작동에 인하여, 오염물(1)은 배기부(40) 및 튜브(230)로부터 분리시키도록 구성될 수 있다.
또한, 오염물(1) 만을 포집하기 위하여, 오염물 제거장치(200)는 분리부(250)를 더 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 분리부(250)는 컨베이어(221) 표면을 따라 이송하는 오염물(1)을 분리시키도록 구성될 수 있다. 분리부(250)는 롤러(251)와 스크래퍼(252)를 포함할 수 있다.
일예로, 롤러(251)는 컨베이어(221)보다 하단에 배치될 수 있으며, 컨베이어(221)를 통해 오염물(1)을 전달받도록 구성될 수 있다. 롤러(251)의 내부에는 자석(223)이 구비될 수 있으며, 롤러(251)는 회전하는 형태로 구성될 수 있다.
스크래퍼(252)는 일단이 롤러(251)와 접촉하며, 타단은 후술할 보관부(253)와 인접하게 배치될 수 있다. 일예로, 스크래퍼(252)는 곡선진 형태로 형성될 수 있다. 스크래퍼(252)는 이송부(220)로부터 안내된 오염물(1)을 보관부(253)로 안내하도록 구성될 수 있다.
일예로, 오염물(1)에 금속성분이 있을 경우, 오염물(1)은 인력에 의하여, 롤러(251)에 부착된 채로 회전하도록 구성될 수 있으며, 금속성분이 없을 경우, 이송부(220)의 회전에 의하여 낙하하도록 구성될 수 있다.
일예로, 이송부(220)와 롤러(251)는 이격되어 배치될 수 있으며, 금속성분이 포함된 오염물(1)은 이송부(220)로부터 인력에 의하여 롤러(251)측으로 부착되어 회전하도록 구성될 수 있다.
반대로, 금속성분이 포함되지 않은 오염물(1)은 이송부(220)와 롤러(251) 사이의 틈새로 낙하하도록 구성될 수 있다. 이송부(220)와 롤러(251) 사이에는 금속성분이 포함되지 않은 오염물(1)만 낙하되도록 구성될 수 있다.
롤러(251)의 일단은 스크래퍼(252)와 접촉되도록 구성될 수 있으며, 접촉된 채로 롤러(251)는 회전을 하도록 구성될 수 있다. 이때, 금속이 포함된 오염물(1)은 롤러(251)에 부착된 채로 회전하다, 스크래퍼(252)에 의하여 롤러(251)로부터 탈리되도록 구성될 수 있다. 오염물(1)은 스크패퍼(252)의 하단에 배치된 보관부(253)로 안내될 수 있다. 금속이 포함된 오염물(1)만 보관부(253)로 이송됨으로써, 보관부(253)에서 오염물(1)만 포집하여 처리할 수 있다.
이는, 진동 발생부(210)에 의하여 오염물(1)이 탈리된 후, 개폐부(260)가 닫혀지도록 구성됨으로써, 오염물은 배열회수 보일러(20)와 연통된 배기부(40)로 비산되지 않고, 분리부(253)에 따로 포집되도록 구성될 수 있다.
포집된 오염물(1)은 관리자가 따로 처리하여 배출할 수 있어, 대기중에 오염물(1)이 비산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 법제화된 먼지배출 허용기준 15(15)㎎/S㎥ 이하로 줄일 수 있어, 환경이 오염되는 것을 예방할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 오염물 10: 주터빈부
20: 배열회수 보일러 30: 증기 터빈부
40: 배기부 100: 복합화력 발전 시스템
200: 오염물 제거장치 210: 진동 발생부
220: 이송부 221: 컨베이어
230: 튜브 231: 열교환기
240: 도파관 250: 분리부
251: 롤러 252: 스크래퍼
253: 보관부 260: 개폐부
261: 구동부 262: 도어

Claims (11)

  1. 열교환기의 튜브에 발생된 오염물을 제거하는 오염물 제거장치에 있어서,
    상기 튜브에 진동을 유발하는 진동 발생부;
    상기 진동에 의해 상기 튜브로부터 탈리된 오염물을 이동시키는 이송부;
    를 포함하며,
    상기 이송부는
    상기 튜브의 하단에 배치되어, 상기 튜브로부터 떨어진 상기 오염물을 이송하는 컨베이어를 더 포함하며,
    상기 이송부는 일측에 분리부를 더 포함하며,
    상기 분리부는
    상기 컨베이어를 통해 상기 오염물을 전달받고, 회전하는 롤러와, 상기 롤러와 일단이 접촉하며, 타단은 상기 롤러와 이격된 보관부와 인접하게 배치되어, 상기 오염물의 적어도 일부를 상기 보관부로 안내하는 스크래퍼를 포함하는 오염물 제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 발생부와 상기 튜브를 연결하는 도파관을 더 포함하는 오염물 제거장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 롤러는 내부에 자석을 포함하고, 금속이 포함된 상기 오염물을 자석에 의한 인력에 의해, 상기 롤러에 부착시켜 회전시키고, 상기 롤러와 맞닿는 스크래퍼에 의하여, 상기 금속이 포함된 상기 오염물은 상기 보관부로 안내되는 오염물 제거장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 오염물에 포함된 금속은 산화철인 오염물 제거장치.
  7. 연소부에서 생성되는 연소가스가 유입되어 구동되는 주터빈부;
    상기 주터빈부에서 배출되는 배기가스의 열을 이용하여 증기를 생산시키며, 열교환기 튜브가 구비된 배열회수 보일러;
    상기 배열회수 보일러에서 생산된 증기를 통해 구동되는 증기터빈부; 및
    상기 튜브에 발생된 오염물을 제거하는 오염물 제거장치;
    를 포함하며,
    상기 오염물 제거장치는
    상기 튜브에 진동을 발생시키는 진동 발생부;
    상기 진동에 의하여, 탈리된 오염물을 이동시키는 이송부;
    를 포함하며,
    상기 주터빈부에서 배출되는 배기가스가 외부로 배기되는 경로 중에 마련되고 상기 튜브가 설치되는 통로의 하부에 개폐부가 더 구비되며,
    상기 개폐부는
    상기 통로를 선택적으로 외부와 통하게 하는 도어;
    상기 도어를 개폐시키는 구동부;
    를 포함하며, 상기 도어의 개방시, 상기 튜브에서 탈리된 오염물은 상기 통로의 하부에 구비된 상기 이송부로 낙하되도록 구성된 복합화력 발전 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이송부는 일측에 분리부를 더 포함하며,
    상기 분리부는
    상기 이송부를 통해 상기 오염물을 전달받고, 회전하는 롤러;
    상기 롤러와 일단이 접촉하며, 타단은 상기 롤러와 이격된 보관부와 인접하게 배치되어, 상기 오염물의 적어도 일부를 상기 보관부로 안내하는 스크래퍼;
    를 포함하는 복합화력 발전 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 롤러는 내부에 자석을 포함하고, 상기 오염물에 포함된 산화철을 자석에 의한 인력에 의해, 부착시켜 회전시키고, 상기 롤러와 맞닿는 스크래퍼에 의하여, 상기 산화철은 상기 보관부로 안내되는 복합화력 발전 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 주터빈부, 및 상기 증기터빈부 중의 적어도 하나 이상이 가동되기 전에, 또는 재가동되기 전에, 상기 오염물 제거장치가 작동되도록 구성된 복합화력 발전 시스템.
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