KR101865184B1 - 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템 - Google Patents

혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템 Download PDF

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유정호
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Abstract

포화 증기와 과열 증기를 함께 생성하는 복합형 열병합발전 시스템이 개시된다. 본 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템은 이송되는 가연성의 혼합 폐기물이 1차 연소되도록 하는 1차 연소실과 상측으로 연소 가스를 배출하는 토출구가 마련되는 소각로; 상기 토출구의 상측에 결합되어, 상기 1차 연소의 미연분(Unburned Matter)이 2차 연소되도록 하되, 상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 열을 흡수하여 증기를 생성하는 폐열 보일러;를 포함하고, 상기 폐열 보일러는, 상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 열을 흡수하여 포화 증기가 생성되도록 하되, 상기 생성된 포화 증기가 제1 경로를 통해 배출되거나 또는 제2 경로를 통해 상기 생성된 포화 증기를 가열하여 과열 증기가 생성되도록 하는 과열부에 이송되도록 하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 과열기를 포함한 과열계통의 고온 부식 현상이 저감되도록 하고, 혼합 폐기물을 이용하여 포화 증기를 생성하고, 포화 증기를 가열하는 과열 증기를 생성하여 사용하되, 과열기(Superheater)를 포함한 과열계통이 고장 또는 파손된 경우, 선택적으로 과열기를 포함한 과열계통이 탈착시키고, 생성된 포화 증기를 그대로 사용할 수 있어, 과열기를 포함한 과열계통의 고장으로 인하여 발생되는 피해를 최소화시킬 수 있다.

Description

혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템{Combined Heat and Power System using mixed waste}
본 발명은 혼합 폐기물을 이용하여 포화 증기와 과열 증기를 함께 생성하는 복합형 열병합발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혼합 폐기물을 이용하여 포화 증기를 생성하여, 일부분을 그대로 사용하되, 그렇지 않은 부분을 가열하여 과열 증기를 생성하여 사용하는 복합형 열병합발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 가정 및 식당 등에서 배출되는 음식물 쓰레기, 하수 슬러지, 산업 현장에서 버려지는 폐수 슬러지, 축사 등에서 발생되는 가축 분뇨, 농업 부산물 등과 같은 혼합 폐기물은 자연상태 그대로 배출되는 경우에 토양과 하천 등을 오염시키고 각종 환경문제 및 사회문제를 야기시키고 있다.
이러한 혼합 폐기물은 처리하기 위해서는 땅에 매립하거나 소각하는 방법이 널리 이용되고 있는데, 최근에는 환경문제를 이유로 매립하여 처리하는 방안보다 소각하여 처리하는 방안에 대한 수요가 증가하는 추세이다.
이러한 혼합 폐기물의 소각 처리 방안은 혼합 폐기물을 이용하여 포화 증기를 생성한 이후, 이를 다시 가열하여 과열 증기를 생성함으로써, 터빈을 돌려 전력을 생산하거나, 열 에너지를 활용하여 난방에 이용할 수 있다는 장점이 있으나, 소각 시 발생하는 유해 가스를 처리하는 기술이 필요하며, 소각 시 발생하는 열을 활용할 수 있는 기술 역시 요구된다.
이에, 한국등록특허 제10-1353018호 (발명의 명칭: 연소실의 클리커현상을 방지하는 열분해가스화형 폐기물 소각장치)와 한국등록특허 제10-1507956호 (발명의 명칭: 유기성 폐기물을 이용한 열병합 발전 통합 에너지화 시스템 및 방법) 같은 기술들이 개발되었으나, 이러한 종래 기술들은 과열기(Superheater) 또는 과열계통이 고온 부식에 취약하며, 포화 증기를 가열하는 과열 증기를 생성하는 과정에서 과열기(Superheater)를 포함한 과열계통이 고장 또는 파손된 경우, 이를 대체하기가 어렵고, 수리를 위한 비용 및 기간이 부담된다는 단점이 존재한다.
이에, 과열기(Superheater)를 포함한 과열계통의 고온 부식 현상이 저감되도록 하고, 과열기(Superheater)를 포함한 과열계통이 고장 또는 파손된 경우에도, 이에 대한 피해를 최소화할 수 있는 방안의 모색이 요구된다.
한국등록특허 제10-1353018호 (발명의 명칭: 연소실의 클리커현상을 방지하는 열분해가스화형 폐기물 소각장치) 한국등록특허 제10-1507956호 (발명의 명칭: 유기성 폐기물을 이용한 열병합 발전 통합 에너지화 시스템 및 방법)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 혼합 폐기물을 이용하여 포화 증기를 생성하여, 생성된 포화 증기의 일정량을 그대로 사용하되, 그대로 사용하지 않고 남은 포화증기는 가열하여 과열 증기를 생성하여 사용하는 복합형 열병합발전 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 과열기의 전단에 증발기를 배치하여 과열기를 포함한 과열계통의 고온 부식 현상이 저감되도록 하고, 과열기를 포함한 과열계통이 부착된 경우, 혼합 폐기물을 이용하여 포화 증기를 생성하고, 포화 증기를 가열하는 과열 증기를 생성하여 사용하되, 포화 증기를 가열하는 과열 증기를 생성하는 과정에서 과열기(Superheater)를 포함한 과열계통이 고장 또는 파손된 경우, 과열기를 포함한 과열계통이 탈착시키고 선택적으로 생성된 포화 증기를 그대로 사용하도록 함으로써, 과열기를 포함한 과열계통의 고장으로 인하여 발생되는 피해를 최소화시킬 수 있으며, 분리된 과열기를 포함한 과열계통만을 수리함에 따라 수리 비용 및 수리 기간을 단축시킬 수 있는 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템은 이송되는 가연성의 혼합 폐기물이 1차 연소되도록 하는 1차 연소실과 상측으로 연소 가스를 배출하는 토출구가 마련되는 소각로; 상기 토출구의 상측에 결합되어, 상기 1차 연소의 미연분(Unburned Matter)이 2차 연소되도록 하되, 상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 열을 흡수하여 증기를 생성하는 폐열 보일러;를 포함하고, 상기 폐열 보일러는, 상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 열을 흡수하여 포화 증기가 생성되도록 하되, 상기 생성된 포화 증기가 제1 경로를 통해 배출되거나 또는 제2 경로를 통해 상기 생성된 포화 증기를 가열하여 과열 증기가 생성되도록 하는 과열부에 이송되도록 할 수 있다.
또한, 상기 폐열 보일러는, 상기 토출구의 상측에 결합되어, 상기 1차 연소의 미연분이 2차 연소되도록 하는 2차 연소실; 상기 2차 연소실의 상측에 결합되어, 상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 연소 가스가 배기되도록 하는 배기 경로부; 상기 배기 경로부의 내부에 마련되어, 상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 열을 흡수하는 열 교환부; 상기 배기 경로부의 상측에 마련되어, 상기 열 교환부로부터 공급된 열을 이용하여 상기 포화 증기가 생성되도록 하되, 물을 공급하는 급수구와 상기 생성된 포화 증기를 배출하는 배출구가 마련되는 상부 드럼; 상기 배기 경로부의 측벽을 따라 형성되도록 마련되어, 상기 연소 가스의 열을 흡수하여 증기가 생성되도록 하되, 상기 생성된 증기가 상기 상부 드럼으로 전달되도록 하는 측벽 수관; 상기 상부 드럼으로부터 배출된 포화 증기가 배출되도록 하는 제1 경로부; 및 상기 제1 경로부와 병렬로 연결되어, 상기 상부 드럼으로부터 배출된 포화 증기가 상기 과열부로 전달되도록 하는 제2 경로부;를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1 경로부 및 상기 제2 경로부는, 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로가 시작되는 전단부에 상기 생성된 포화 증기의 유입량을 제어하는 유입 개폐밸브가 각각 마련되어, 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로의 개폐 여부가 개별적으로 결정될 수 있다.
또한, 상기 폐열 보일러는, 상기 과열부가 수용되어, 상기 제2 경로부와 결합되도록 하는 수용 프레임;을 더 포함하고, 상기 과열부는, 상기 수용 프레임에 수용되면, 수용된 상태로 상기 제2 경로부에 결합이 가능하도록 마련되되, 상기 제2 경로부로부터 결합해제되면, 결합 해제된 상태로 상기 수용 프레임로부터 이탈이 가능하도록 마련되고, 상기 제2 경로부는, 상기 과열부가 결합해제되면, 상기 제2 경로의 내부에 유입된 포화 증기의 배출을 제어하는 배출 개폐밸브를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 수용 프레임은, 하단부에 상기 과열부가 상기 제2 경로부를 향해 접근하거나 상기 제2 경로부로부터 이격되도록 하는 이동 경로를 제공하는 가이드 레일;을 포함하고, 상기 과열부는, 하단부에 마련되어, 상기 가이드 레일을 따라 상기 제2 경로부를 향해 접근하거나 상기 제2 경로부로부터 이격되도록 하는 베어링;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용 프레임은, 상기 과열부가 내부에 수용되어, 기설정된 지점에 도달한 것인지 여부를 판단하는 감지기;를 더 포함하고, 상기 과열부는, 상기 기설정된 지점에 도달하면, 상기 감지기와 밀착되도록 마련되는 돌출 부재; 및 상기 돌출 부재가 상기 감지기와 밀착되면, 현재 위치가 유지되도록 하는 고정 부재;을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 폐열 보일러는, 상기 제2 경로부와 상기 과열부 간의 결합 여부를 제어하고, 상기 제1 경로부 및 상기 제2 경로부에 마련된 각각의 유입 개폐밸브와 상기 배출 개폐밸브의 개폐 여부가 제어되도록 하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 돌출 부재가 상기 감지기와 밀착되면, 상기 제2 경로부와 상기 과열부가 결합되도록 하고, 상기 제2 경로부와 상기 과열부가 결합된 것으로 판단되면, 상기 배출 개폐밸브가 개방되도록 하되, 상기 배출 개폐 밸브가 완전히 개방되면, 상기 제2 경로부에 마련된 유입 개폐밸브가 개방되도록 하는 동시에, 상기 제1 경로에 마련된 유입 개폐밸브가 폐쇄되도록 할 수 있다.
그리고 상기 과열부는, 상기 포화 증기를 가열하여 과열 증기가 생성되도록 하는 과열기; 및 상기 과열기의 상측에 적층되도록 마련되어, 상기 포화 증기에 포함된 액체 상태의 물이 증기로 기화되도록 하는 증발기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폐열 보일러는, 상기 연소 가스로부터 각종 유해물질을 분리 및 제거하는 유해물질 처리부;를 더 포함할 수 있다.
이에 의해, 하나의 폐열 보일러를 통해, 포화 증기와 과열 증기를 함께 생성할 수 있다.
또한, 과열기를 포함한 과열계통의 고온 부식 현상이 저감되도록 하고, 혼합 폐기물을 이용하여 포화 증기를 생성하고, 포화 증기를 가열하는 과열 증기를 생성하여 사용할 뿐 아니라, 과열기(Superheater)를 포함한 과열계통이 고장 또는 파손된 경우, 선택적으로 과열기를 포함한 과열계통이 탈착시키고, 생성된 포화 증기를 그대로 사용할 수 있어, 과열기를 포함한 과열계통의 고장으로 인하여 발생되는 피해를 최소화시킬 수 있다.
그리고 분리된 과열기를 포함한 과열계통만을 수리함에 따라 수리 비용 및 수리 기간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템의 측벽 수관을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템에서 생산된 포화 증기의 이송 경로를 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템의 과열부와 수용 프레임 간의 동작 특성을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템의 과열부와 수용 프레임 간의 동작 특성을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템이 개략적으로 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시된 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템의 측벽 수관을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템(이하에서는 '복합형 열병합발전 시스템'으로 총칭함)의 구성 및 동작 특성에 대하여 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 복합형 열병합 발전시스템은 과열기의 전단에 증발기(251)를 배치하여 과열기(Superheater)를 포함한 과열계통의 고온 부식 현상이 저감되도록 하고, 과열기를 포함한 과열계통이 부착된 경우, 혼합 폐기물을 이용하여 포화 증기를 생성하고, 포화 증기를 가열하는 과열 증기를 생성하여 사용하되, 포화 증기를 가열하는 과열 증기를 생성하는 과정에서 과열기를 포함한 과열계통이 고장 또는 파손된 경우, 과열기를 포함한 과열계통이 탈착시키고 선택적으로 생성된 포화 증기를 그대로 사용하기 위해 마련된다.
이를 위해, 본 복합형 열병합 발전시스템은, 소각로(100)와 폐열 보일러(200)가 마련된다.
소각로(100)는 가연성의 혼합 폐기물을 연소시키기 위해 마련된다.
구체적으로, 소각로(100)는 혼합 폐기물을 이송시키는 이송 모듈, 혼합 폐기물을 연소시키는데 필요한 연소 공기를 공급하는 화격자(110), 이송된 혼합 폐기물을 1차 연소시키도록 하는 1차 연소실(120) 및 1차 연소로 인하여 발생되는 연소 가스를 배출하는 토출구(130)를 포함한다.
여기서, 1차 연소실(120)은 혼합 폐기물이 연소되는 공간을 의미하며, 토출구(130)는, 1차 연소실(120)의 상측으로 연소 가스가 배출 가능하도록 1차 연소실(120)의 상측에 마련된다.
폐열 보일러(200)는 소각로(100)에서 1차 연소에 의해 발생되는 열을 흡수하여 포화 증기를 생성하고, 이를 다시 가열하여 과열 증기를 생산하기 위해 마련된다.
또한, 폐열 보일러(200)는 1차 연소의 미연분(Unburned Matter)을 2차 연소시킬 수 있으며, 2차 연소에 의해 발생된 열 역시, 흡수하여 증기를 생산하는데 이용할 수 있다.
이를 위해, 폐열 보일러(200)는 2차 연소실(210), 배기 경로부(220), 열 교환부(225), 상부 드럼(230), 측벽 수관(240), 과열부(250), 제1 경로부(260), 제2 경로부(270), 수용 프레임(280), 제어부(미도시) 및 유해물질 처리부(미도시)로 구성될 수 있다.
2차 연소실(210)은 1차 연소의 미연분을 2차 연소시키기 위해 마련된다.
구체적으로 2차 연소실(210)은 토출구(130)의 상측에 결합되어, 1차 연소실(120)로부터 배출된 연소 가스와 1차 연소의 미연분이 이송되도록 하고, 이송된 1차 연소의 미연분을 2차 연소시키도록 한다.
이때, 2차 연소실(210)의 내화벽에는 연소 공기를 주입하기 위핸 연소공기 공급구(미도시)가 마련될 수 있다.
배기 경로부(220)는 1차 연소 및 2차 연소를 통해 생성된 연소 가스의 배기 경로를 제공하기 위해 마련된다.
구체적으로 배기 경로부(220)는 2차 연소실(210)로부터 이송되는 배기가스가 배기 경로를 벗어나지 않도록 사방이 맴브레인 벽(Membrane wall)으로 둘러싸이도록 형성되되, 배기 경로의 길이가 늘어남에 따라 배기가스가 증기와 열교환되는 시간이 증가되도록, 배기 경로의 방향이 변동되는 부분마다 마련되는 헤더를 구비하고, 열교환 방향의 수직 방향으로 적층되어 배열되는 구조로 형성될 수 있다.
더불어, 배기 경로부(220)는 하단부에 비산재를 수집하여 배출하는 제1 비산재 배출부(225)가 마련될 수 있다.
열 교환부(225)는, 배기 경로부(220)의 내부에 마련되어, 1차 연소 및 2차 연소를 통해 발생된 열을 흡수하기 위해 마련된다.
이때, 열 교환부(225)를 통해 흡수된 열 에너지는 상부 드럼(230)에 공급되도록 할 수 있다.
상부 드럼(230)은 포화 증기를 생성하기 위해 마련된다.
구체적으로 상부 드럼(230)은 배기 경로부(220)의 상측에 마련되고, 물을 공급하는 급수구(미도시)와 생성된 포화 증기를 배출하는 배출구(미도시)가 마련되어, 포화 증기가 생성되도록 할 수 있으며, 상부 드럼(230)으로부터 생성된 포화 증기는, 제1 경로부(260) 및 제2 경로부(270) 중 어느 하나의 경로부를 통해 이송될 수 있다.
그리고 상부 드럼(230)은 배기 경로부(220)의 상측에 마련되기 때문에, 상부 드럼(230)의 양단은 고압을 견디기 위한 반구 형상으로 형성되고, 중심부분은 원통 형상으로 형성될 수 있다.
다만, 여기서, 상부 드럼(230)은 생성된 포화 증기를 제1 경로부(260) 및 제2 경로부(270)에 기설정된 비율로 분배하여 전달할 수 있다. 예를 들면, 상부 드럼(230)은 생성된 포화 증기의 70%는 제1 경로부(260)에 전달하고, 남은 30%는 제2 경로부(270)에 전달할 수 있다.
또한, 상부 드럼(230)의 하부에는 고온의 물이 저장되고, 상부에는 고온의 증기가 저장되고, 양측부에는 배기 경로부(220)를 감싸도록 연결되어 고온의 물과 증기가 순환되게 하는 순환관(미도시)이 형성될 수 있다.
측벽 수관(240)은 연소 가스의 열을 흡수하여 증기가 생성되도록 할 수 있다.
구체적으로 측벽 수관(240)은 도 3에 도시된 바와 같이 배기 경로부(220)의 측벽을 따라 형성되어, 연소 가스의 열을 흡수하고, 상부 드럼(230)으로부터 공급된 물을 이용하여 증기를 생성하되, 생성된 증기는 다시 상부 드럼(230)으로 전달할 수 있다.
과열부(250)는 상부 드럼(230)으로부터 공급된 포화 증기를 가열하여 과열 증기를 생산하기 위해 마련된다.
제1 경로부(260)는 상부 드럼(230)으로부터 공급된 포화 증기가 배출되도록 하기 위해마련되며, 제2 경로부(270)는 상부 드럼(230)으로부터 공급된 포화 증기가 과열부(250)로 전달되도록 하기 위해 마련된다.
이때, 제1 경로부(260) 및 제2 경로부(270)는, 개별적으로 하단부에 비산재를 수집하여 배출하는 제2 비산재 배출부(미도시) 및 제3 비산재 배출부(275)가 마련될 수 있으며 과열부(250), 제1 경로부(260) 및 제2 경로부(270)에 대한 더욱 상세한 설명은 후술하기로 한다.
수용 프레임(280)은 제2 경로부(270)에 근접하도록 배치되어, 과열부(250)를 수용하기 위해 마련된다.
구체적으로 수용 프레임(280)은 과열부(250)가 제2 경로부(270)에 결합되는 경우, 과열부(250)를 수용하고, 과열부(250)를 지지 및 지탱할 수 있다.
제어부는 제2 경로부(270)와 과열부(250) 간의 결합 여부를 제어하고, 제1 경로 및 제2 경로에 마련된 각각의 유입 개폐밸브와 상기 배출 개폐밸브(273)의 개폐 여부를 제어하기 위해 마련된다.
예를 들면, 제어부는, 제2 경로부(270)와 과열부(250) 간의 결합 여부와 상관없이 상부 드럼(230)이 생성된 포화 증기를 제1 경로부(260) 및 제2 경로부(270)에 기설정된 비율로 분배하여 전달하도록 제어하거나 또는, 제2 경로부(270)와 과열부(250) 간의 결합 여부와 관련하여, 제2 경로부(270)와 과열부(250)가 결합 해제 상태로 판단되는 경우, 상부 드럼(230)이 생성된 포화 증기를 전부 제1 경로부(260)에 전달하도록 제어하고, 제2 경로부(270)와 과열부(250)가 결합된 상태로 판단되는 경우, 상부 드럼(230)이 생성된 포화 증기를 전부 제2 경로부(270)에 전달하도록 제어할 수 있다.
유해물질 처리부는 배기 경로부(220)와 연결되도록 마련되어, 연소 가스로부터 각종 유해물질을 분리 및 제거할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 열병합발전 시스템에서 생산되는 포화 증기의 이송 경로를 설명하기 위해 도시된 도면이고, 도 5a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 열병합발전 시스템의 과열부와 수용 프레임 간의 동작 특성을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 복합형 열병합발전 시스템에서 생산되는 포화 증기의 이송 경로를 설명하고, 도 5a 내지 도 6b를 참조하여 본 실시예에 따른 복합형 열병합발전 시스템의 과열부(250)와 수용 프레임(280) 간의 동작 특성을 설명하기로 한다.
본 복합형 열병합발전 시스템은 과열부(250)가 탈부착 가능하도록 마련되어, 과열부(250)가 부착된 경우, 혼합 폐기물을 이용하여 생성된 포화 증기를 가열하는 과열 증기를 생성할 수 있으며, 과열부(250)가 고장 또는 파손으로 인하여 정상 동작을 수행할 수 없는 경우, 생성된 포화 증기를 별도의 경로에 해당되는 제1 경로부(260)로 이송하여 포화 증기 그대로 사용할 수 있도록 하되, 고장 또는 파손된 과열부(250)를 탈착시켜 수리하거나, 교체할 수 있어, 과열부(250)의 고장 또는 파손으로 인하여 발생된 피해를 최소화시킬 수 있다.
이를 위하여, 본 복합형 열병합발전 시스템은 상부 드럼(230)으로부터 이송되는 포화 증기를 배출하여 사용되도록 하는 제1 경로부(260)와 포화 증기를 과열부(250)로 전달되도록 하는 제2 경로부(270)를 병렬로 마련하되, 선택적으로 이용하도록 한다.
구체적으로 제1 경로부(260) 및 제2 경로부(270)는 포화 증기에 이송 경로를 제공하는 제1 경로관(262) 및 제2 경로관(272)이 각각 마련되고, 제1 경로 및 상기 제2 경로가 시작되는 제1 경로관(262) 및 제2 경로관(272)의 전단부에 포화 증기의 유입량을 제어하는 제1 유입 개폐밸브(261) 및 제2 유입 개폐밸브(271)가 각각 마련될 수 있다.
그리고 제2 경로부(270)에는 전술한 제2 유입 개폐밸브(271) 이외에, 과열부(250)가 정상 동작상태가 아닌 경우, 과열부(250)를 탈착시키기 전에 제2 경로관(272)의 내부에 잔존하는 포화 증기의 배출을 제어하기 위한 배출 개폐밸브(273)가 추가적으로 마련될 수 있다.
이를 통하여, 제어부는, 포화 증기가 제1 경로 또는 제2 경로에 선택적으로 공급되도록 하기 위해 제1 경로 및 제2 경로의 개폐 여부를 개별적으로 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어부는 과열부(250)가 부착된 정상 동작상태에서는 제2 경로를 통해 포화 증기가 공급되도록, 제1 유입 개폐밸브(261)는 폐쇄 상태로, 제2 유입 개폐밸브(271) 및 배출 개폐밸브(273)는 개방 상태로 제어하고, 과열부(250)가 정상 동작상태가 아닌 경우에, 제1 경로를 통해 포화 증기가 공급되도록, 제2 유입 개폐밸브(271) 및 배출 개폐밸브(273)는 개방 상태로 제어하고, 제1 유입 개폐밸브(261)는 개방 상태로 제어할 수 있다.
이때, 과열부(250)가 제2 경로부(270)로부터 탈착되는 과정에서 제2 경로관(272)의 내부에 잔존하는 포화 증기를 안전하게 배출하기 위해서는 배출 개폐밸브(273)가 폐쇄되도록 하는 동시에 제1 유입 개폐밸브(261)가 개방되도록 하고, 제1 유입 개폐밸브(261)가 완전히 개방 상태가 되고, 배출 개폐밸브(273)가 완전히 폐쇄 상태가 되면, 제2 유입 개폐밸브(271)가 폐쇄되도록 한다.
그리고 배출 개폐밸브(273)와 제2 유입 개폐밸브(271)가 완전히 폐쇄 상태가 되면, 다시 배출 개폐밸브(273)가 개방되도록 하여 내부에 잔존하는 포화 증기를 안전하게 배출할 수 있다.
반대로, 과열부(250)가 제2 경로부(270)로 접근하여 부착되는 과정은 배출 개폐밸브(273)가 개방되도록 하되, 배출 개폐 밸브가 완전히 개방되면, 제2 유입 개폐밸브(271)가 개방되도록 하는 동시에, 제1 경로에 마련된 유입 개폐밸브가 폐쇄되도록 하는 것이 바람직하다.
다만, 제어부가, 제2 경로부(270)와 과열부(250) 간의 결합 여부와 상관없이 상부 드럼(230)이 생성된 포화 증기를 제1 경로부(260) 및 제2 경로부(270)에 기설정된 비율로 분배하여 전달하도록 제어하도록 설정된 경우, 제1 유입 개폐밸브(261), 제2 유입 개폐밸브(271) 및 배출 개폐밸브(273)는 완전 개방되거나 완전 폐쇄되지 않고, 기설정된 비율만큼 포화 증기가 유입 또는 배출되도록 일부 개방되거나 일부 폐쇄될 수 있다.
한편, 과열부(250)는 도 5a에 도시된 바와 같이 제2 경로부(270)에 부착되기 위해 접근하여 수용 프레임(280)에 수용되면, 수용된 상태로 제2 경로부(270)에 부착되어 결합되도록 하고, 도 5b에 도시된 바와 같이 제2 경로부(270)로부터 탈착되어 결합해제되면, 결합 해제된 상태로 수용 프레임(280)로부터 이탈되도록 할 수 있다.
이를 위하여 과열부(250)는, 증발기(251), 제1 과열기(253), 제2 과열기(255), 베어링(257), 돌출 부재(미도시) 및 고정 부재(미도시)를 포함할 수 있다.
증발기(251)는 포화 증기에 포함된 액체 상태의 물이 증기로 기화되도록 하기 위해 마련되며, 제1 과열기(253) 및 제2 과열기(255)는 포화 증기를 1차 가열 및 2차 가열하여 과열 증기를 생성하기 위해 마련된다.
구체적으로 증발기(251)는 제1 과열기(253)의 상측에 적층되도록 마련되고, 제2 과열기(255)는 제1 과열기(253)의 하측에 적층되도록 마련되어, 상측에 마련된 제2 경로부(270)를 통해 포화 증기가 이송되면, 이송된 포화 증기가 증발기(251), 제1 과열기(253), 제2 과열기(255) 순으로 이송되며, 과열 증기를 생성할 수 있다.
이때, 과열기의 상측에 해당하는 전단에 증발기(251)를 배치함으로써, 제1 과열기(253) 및 제2 과열기(255)의 온도가 650℃를 초과하지 않도록 할 수 있으며, 이를 통해, 과열부(250)의 고온 부식 현상을 저감시킬 수 있다.
베어링(257)은 수용 프레임(280)의 하단부에 마련되는 가이드 레일(281)을 따라 과열부(250)가 이동하기 위해 마련된다.
구체적으로 베어링(257)은 과열부(250)의 하단부에 마련되어, 가이드 레일(281)을 따라 제2 경로부(270)를 향해 접근하거나 제2 경로부(270)로부터 이격되도록 할 수 있다.
돌출 부재는, 과열부(250)가 제2 경로부(270)에 결합 가능한 지점에 해당하는 기설정된 지점에 도달하면, 도달 여부를 제어부에 전달하기 위해 마련된다.
고정 부재는 과열부(250)가 제2 경로부(270)에 결합 가능한 지점에 해당하는 기설정된 지점에 도달하면, 현재 위치를 유지하도록 하기 위해 마련된다.
구체적으로 고정 부재는 베어링(257)이 가이드 레일(281) 위에서 이동하지 못하도록 고정시키는 역할을 수행할 수 있다.
수용 프레임(280)은 과열부(250)가 제2 경로부(270)에 접근하거나, 이격되도록 하기 위해 마련되는 가이드 레일(281)과 과열부(250)가 제2 경로부(270)에 결합 가능한 지점까지 도달한 것인지 여부를 판단하기 위해 감지기(283)를 포함할 수 있다.
구체적으로 가이드 레일(281)은 수용 프레임(280)의 하단부에 마련되어, 과열부(250)가 제2 경로부(270)를 향해 접근하거나 제2 경로부(270)로부터 이격되도록 하는 이동 경로를 제공할 수 있다.
그리고 감지기(283)는 과열부(250)가 제2 경로부(270)를 향해 접근하여 내부에 수용되어, 제2 경로부(270)에 결합 가능한 지점에 해당하는 기설정된 지점에 도달한 것인지 판단하여, 도달 여부를 제어부에 전달할 수 있다.
구체적으로, 감지기(283)는 제1 감지 부재(283a) 및 제2 감지 부재(283b)가 서로 겹쳐지도록 마련되되, 과열부(250)가 이격되어 탈착된 경우, 제1 감지 부재(283a) 및 제2 감지 부재(283b)의 겹쳐진 폭이 도 6b와 같이 넓어져, 과열부(250)가 기설정된 지점에 도달하지 않은 것을 감지하여 제어부에 전달할 수 있으며, 과열부(250)가 제2 경로부(270)를 향해 접근하여, 돌출 부재가 감지기(283)에 밀착하게 되면, 제1 감지 부재(283a) 및 제2 감지 부재(283b)의 겹쳐진 폭이 도 6b의 a와 같이 좁아져, 과열부(250)가 기설정된 지점에 도달한 것을 감지하여 제어부에 도달 사실을 전달할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 소각로 110 : 화격자
120 : 1차 연소실 130 : 토출구
200 : 폐열 보일러 210 : 2차 연소실
220 : 배기 경로부 225 : 제1 비산재 배출부
230 : 상부 드럼 240 : 측벽 수관
250 : 과열부 251 : 증발기
253 : 제1 과열기 255 : 제2 과열기
257 : 베어링
260 : 제1 경로부 261 : 제1 유입 개폐밸브
262 : 제1 경로관 270 : 제2 경로부
271 : 제2 유입 개폐밸브 272 : 제2 경로관
273 : 배출 개폐밸브 275 : 제3 비산재 배출부
280 : 수용 프레임 281 : 가이드 레일
283 : 감지기 283a : 제1 감지 부재
283b : 제2 감지 부재

Claims (10)

  1. 이송되는 가연성의 혼합 폐기물이 1차 연소되도록 하는 1차 연소실과 상측으로 연소 가스를 배출하는 토출구가 마련되는 소각로;
    상기 토출구의 상측에 결합되어, 상기 1차 연소의 미연분(Unburned Matter)이 2차 연소되도록 하되, 상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 열을 흡수하여 증기를 생성하는 폐열 보일러;를 포함하고,
    상기 폐열 보일러는,
    상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 열을 흡수하여 포화 증기가 생성되도록 하되, 상기 생성된 포화 증기가 제1 경로를 통해 배출되거나 또는 제2 경로를 통해 상기 생성된 포화 증기를 가열하여 과열 증기가 생성되도록 하는 과열부에 이송되도록 하고,
    상기 폐열 보일러는,
    상기 토출구의 상측에 결합되어, 상기 1차 연소의 미연분이 2차 연소되도록 하는 2차 연소실;
    상기 2차 연소실의 상측에 결합되어, 상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 연소 가스가 배기되도록 하는 배기 경로부;
    상기 배기 경로부의 내부에 마련되어, 상기 1차 연소 및 상기 2차 연소에 의해 발생된 열을 흡수하는 열 교환부;
    상기 배기 경로부의 상측에 마련되어, 상기 열 교환부로부터 공급된 열을 이용하여 포화 증기가 생성되도록 하되, 물을 공급하는 급수구와 상기 생성된 포화 증기를 배출하는 배출구가 마련되는 상부 드럼;
    상기 배기 경로부의 측벽을 따라 형성되도록 마련되어, 상기 연소 가스의 열을 흡수하여 증기가 생성되도록 하되, 상기 생성된 증기가 상기 상부 드럼으로 전달되도록 하는 측벽 수관;
    상기 상부 드럼으로부터 배출된 포화 증기가 배출되도록 하는 제1 경로부; 및
    상기 제1 경로부와 병렬로 연결되어, 상기 상부 드럼으로부터 배출된 포화 증기가 상기 과열부로 전달되도록 하는 제2 경로부;를 더 포함하며,
    상기 제1 경로부 및 상기 제2 경로부는,
    상기 제1 경로 및 상기 제2 경로가 시작되는 전단부에 상기 생성된 포화 증기의 유입량을 제어하는 유입 개폐밸브가 각각 마련되어, 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로의 개폐 여부가 개별적으로 결정되고,
    상기 폐열 보일러는,
    상기 과열부가 수용되어, 상기 제2 경로부와 결합되도록 하는 수용 프레임;을 더 포함하고,
    상기 과열부는,
    상기 수용 프레임에 수용되면, 수용된 상태로 상기 제2 경로부에 결합이 가능하도록 마련되되, 상기 제2 경로부로부터 결합해제되면, 결합 해제된 상태로 상기 수용 프레임로부터 이탈이 가능하도록 마련되고,
    상기 제2 경로부는,
    상기 과열부가 결합해제되면, 상기 제2 경로의 내부에 유입된 포화 증기의 배출을 제어하는 배출 개폐밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수용 프레임은,
    하단부에 상기 과열부가 상기 제2 경로부를 향해 접근하거나 상기 제2 경로부로부터 이격되도록 하는 이동 경로를 제공하는 가이드 레일;을 포함하고,
    상기 과열부는,
    하단부에 마련되어, 상기 가이드 레일을 따라 상기 제2 경로부를 향해 접근하거나 상기 제2 경로부로부터 이격되도록 하는 베어링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수용 프레임은,
    상기 과열부가 내부에 수용되어, 기설정된 지점에 도달한 것인지 여부를 판단하는 감지기;를 더 포함하고,
    상기 과열부는,
    상기 기설정된 지점에 도달하면, 상기 감지기와 밀착되도록 마련되는 돌출 부재; 및
    상기 돌출 부재가 상기 감지기와 밀착되면, 현재 위치가 유지되도록 하는 고정 부재;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폐열 보일러는,
    상기 제2 경로부와 상기 과열부 간의 결합 여부를 제어하고, 상기 제1 경로부 및 상기 제2 경로부에 마련된 각각의 유입 개폐밸브와 상기 배출 개폐밸브의 개폐 여부가 제어되도록 하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 돌출 부재가 상기 감지기와 밀착되면, 상기 제2 경로부와 상기 과열부가 결합되도록 하고, 상기 제2 경로부와 상기 과열부가 결합된 것으로 판단되면, 상기 배출 개폐밸브가 개방되도록 하되, 상기 배출 개폐 밸브가 완전히 개방되면, 상기 제2 경로부에 마련된 유입 개폐밸브가 개방되도록 하는 동시에, 상기 제1 경로부에 마련된 유입 개폐밸브가 폐쇄되도록 하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 과열부는,
    상기 포화 증기를 가열하여 과열 증기가 생성되도록 하는 과열기; 및
    상기 과열기의 상측에 적층되도록 마련되어, 상기 포화 증기에 포함된 액체 상태의 물이 증기로 기화되도록 하는 증발기;를 더 포함하는 복합형 열병합발전 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 폐열 보일러는,
    상기 연소 가스로부터 각종 유해물질을 분리 및 제거하는 유해물질 처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐기물을 이용하는 복합형 열병합발전 시스템.
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