KR102426389B1 - 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 및 상기 장치를 이용한 회재 재활용 방법 - Google Patents

유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 및 상기 장치를 이용한 회재 재활용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부가 하단이 개방된 격벽으로 다운반응기와 리턴반응기로 나뉘고, 상기 다운반응기 상단에 보일러에서 발생한 회재를 유입하는 유입구를 형성하고, 상기 다운반응기 하단에 상기 회재를 배출하는 배출구를 형성하고, 상기 리턴반응기 측면 상부에 상기 회재를 회수하는 회수구를 형성한 루프실 반응기; 상기 루프실 반응기 하부에 설치하여, 상기 회재를 유동층화하고 상기 회재를 분리하는 공기분산장치; 상기 루프실 반응기의 회수구에서 회수된 회재를 공기로 이송하는 이젝터; 및 상기 공기분산장치 및 상기 이젝터에 공기를 공급하는 압축공기 공급기; 를 포함하고, 상기 회재는 유동층 상태에서 직경이 작은 재사용 회재와 직경이 큰 배출 회재로 분리되고, 상기 재사용 회재는 상기 다운반응기에서 상기 리턴반응기로 이송되어 상기 회수구로 회수되고, 상기 배출 회재는 상기 다운반응기에서 상기 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 및 상기 장치를 이용한 회재 재활용 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 및 상기 장치를 이용한 회재 재활용 방법에 의하면, 필수적으로 수반되는 회재의 입도별 분리를 유동층 상태를 유지시키는 루프실 반응기에서 재사용이 가능한 회재와 배출 회재를 분리하고, 또한 불필요한 물질은 클링커(clinker)도 분리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 루프실 반응기를 다운반응기와 리턴반응기로 나누고, 동일한 공기압을 지속적으로 공급함으로써 유동층 상태를 유지하면서 직경이 작은 재활용 회재는 리턴반응기를 통해 회수하고, 직경이 큰 배출 회재는 다운반응기에서 낙하하여 배출하도록 함으로써, 기계적 장치를 사용하지 않고도 재사용이 가능한 회재를 효과적으로 분리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공기분산장치를 별도의 밸브를 사용하지 않아도 동일한 공기압을 유지할 수 있기 때문에 회재의 분리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 보일러에서 발생하는 회재에서 재사용이 가능한 회재를 분리하여 보일러에 재투입함으로써 보일러의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 및 상기 장치를 이용한 회재 재활용 방법{ASH REUSE DEVICE GENERATED IN A FLUID BED COMBUSTION DEVICE AND METHOD OF ASH REUSE USING THE SAME}
본 발명은 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 및 상기 장치를 이용한 회재 재활용 방법에 관한 것이다.
보일러(boiler)는 연료를 연소시켜 그 연소열을 물에 전하여 증기를 발생시키는 장치이다. 화력발전용 선박 등의 동력장치로서 사용되고 있는 증기터빈에 고온고압의 증기를 공급하기 위해서나 각종 공장의 작업용으로, 또는 일반의 난방용 등에 증기를 공급하기 위하여 널리 사용되고 있다. 보일러의 주요부는 물과 증기를 담는 강철제용기(보일러 본체)와 연료의 연소장치 및 화로로 구성되어 있다.
상술된 보일러에서 연소되는 연료로는 화석 연료인 석탄, 액체인 석유, 그리고 기체인 도시 가스 등이 사용되고 있다. 그러나 석탄 및 석유는 그 매장량이 제한되어 있어 지속적인 사용에 따른 가격 상승이 예상되고, 끝내는 그 자원이 고갈되어 사용할 수 없게 된다. 또한, 도시 가스의 경우에는 기체이기 때문에 이송 및 보관이 어렵고, 각 가정이나 사용처로 공급하기 위해서는 배관 등의 시설물이 필요함에 따라 많은 비용이 필요하며, 폭발 등의 위험이 항상 상존한다.
이에, 왕겨, 통밥, 잡목, 그리고 목재 칩 등의 저렴하고 연소 가능한 고체 연료를 이용한 보일러가 개발되고 있다. 고체 연료는 열량이 석탄, 석유 등과 비교하여 떨어지고, 연소가 어려워 연소에 따른 많은 에너지가 소요되는 문제점이 있었다. 이에, 최근에는 목재를 압축하여 발열량이 높은 우드 팰릿(wood pellet)이 개발되어 사용되고 있다. 우드 팰릿은 폐목재 등을 톱밥 형태로 분쇄한 후에 압축 가공하여 사용하는 것으로서 일반 나무보다 발열량이 높고 연소율도 95%에 달해 잔해를 거의 남기지 않는다. 탄소 배출량도 일반 경유의 12분의 1 수준에 불과해 친환경 연료로 각광받고 있다.
이와 같이, 고체 연료도 발열량을 높이면서 회재의 발생을 줄일 수 있는 보일러가 지속적으로 개발되고 있다. 그러나, 고체 연료는 연소 시에 회재의 발생을 줄일 수 있으나, 필연적으로 회재가 발생됨에 따라 보일러의 내부에는 회재를 배출하는 장치가 설치되어 있어야 한다.
상기 회재 배출 장치는 통상적으로 연소로에 고체 연료가 공급되어 연소되는 유동층 연소 장치 및 유동층 연소장치에서 유실된 회재가 회수되는 보일러 하부에 루프실 형태로 설치되어 있다. 상술된 루프실 입도분리기는 고체 연료의 연소과정에서 발생된 회재를 외부로 배출시키기 위해서 연소로 및 보일러 공간의 하부에 설치되어 외부로 배출되도록 설치되어 있다. 상기 회재 분리 및 이송장치는 루프실을 이용하여 사용목적에 맞는 회재의 입도별 분리가 가능하고 공기 이송방식을 적용하여 동력비를 절감 할 수 있는 형태로 제작되었다. 루프실에서 기포유동층 상태(저유속 유동화 상태)에서 재사용 가능 입자와 배출 입자를 분리하고, 재사용 입자크기의 회재는 루프실과 연결된 이젝터를 사용하여 연소로에 직접 공급한다.
종래 유동층 회재 배출 장치는 고형연료(SRF, Bio-SRF)의 회재의 성분은 대부분 석탄과 달리 입자의 크기가 매우 작은 미세입자이다. 순환유동층에서 고체입자의 순환은 필수적이나 사이클론 포집특성상 50㎛이하는 포집되지 않고 층물질의 포집효율도 낮아 추가의 순환물질(모래, 석탄회재 등)을 투입해야 한다. 또한, 순환유동층 보일러의 운전 시 보일러 전열관에 발생하는 클링커를 제거하기 위한 Soot blowing 시 흡입팬의 부하 상승으로 간혈적인 고체입자의 손실이 발생하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 연소로 하부회재 배출입자를 재처리해 사용하기는 하나 저융점염(Na, K, Cl 등)의 누적으로 클링커가 형성될 확률이 높아 신규 층물질(모래, 석탄회재, 고령토 등) 투입이 이루어져야 한다.
따라서, 연소로에서 유실되어 보일러에 포집 가능한 회재를 다시 신규 층물질로 투입하여 이를 해결하는 방안이 필요하고, 이때 순환유동층 연소로 내에서 내부 순환을 위한 순환사로 재사용이 불가능한 입자(1mm이상)는 분리해야 한다. 회재 입도별 분리 및 재순환 장치를 이용하면 필수적으로 수반되는 회재의 입도별 분리는 기포유동층(저유속 유동화) 상태의 루프실 형태의 반응기를 이용하여 재사용이 가능한 회재와 배출을 위한 회재를 분리할 수 있다.
보일러 전열관에서는 전열관 외부 표면에 직경 10mm 이상의 길죽한 형태의 클린커(clinker)가 형성되며, 직경이 큰 재사용이 불가능한 입자와 함께 배출된다.
따라서, 루프실 형태의 기포유동층 반응기에서 효과적인 배출이 가능토록 하여야 한다.
[특허문헌 1] 등록특허 제10-1952009호 (공고 2019.02.26.)
본 발명의 목적은 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 및 상기 장치를 이용한 회재 재활용 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 내부가 하단이 개방된 격벽으로 다운반응기와 리턴반응기로 나뉘고, 상기 다운반응기 상단에 보일러에서 발생한 회재를 유입하는 유입구를 형성하고, 상기 다운반응기 하단에 상기 회재를 배출하는 배출구를 형성하고, 상기 리턴반응기 측면 상부에 상기 회재를 회수하는 회수구를 형성한 루프실 반응기; 상기 루프실 반응기 하부에 설치하여, 상기 회재를 유동층화하고 상기 회재를 분리하는 공기분산장치; 상기 루프실 반응기의 회수구에서 회수된 회재를 공기로 이송하는 이젝터; 및 상기 공기분산장치 및 상기 이젝터에 공기를 공급하는 압축공기 공급기; 를 포함하고, 상기 회재는 유동층 상태에서 직경이 작은 재사용 회재와 직경이 큰 배출 회재로 분리되고, 상기 재사용 회재는 상기 다운반응기에서 상기 리턴반응기로 이송되어 상기 회수구로 회수되고, 상기 배출 회재는 상기 다운반응기에서 상기 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 제공한다.
또한, 보일러에서 발생한 회재가 루프실 반응기의 유입구로 유입하는 단계; 상기 유입구로 유입한 회재가 상기 루프실 반응기 하부에 설치된 공기분산장치에 의해 유동층화하는 단계; 상기 회재가 유동층을 유지한 상태에서 직경이 작은 재사용 회재와 직경이 큰 배출 회재로 분리되는 단계; 및 상기 재사용 회재는 상기 루프실 반응기의 회수구로 회수되고, 상기 배출 회재는 상기 루프실 반응기의 배출구로 배출되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치를 이용한 회재 재활용 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 및 상기 장치를 이용한 회재 재활용 방법은 필수적으로 수반되는 회재의 입도별 분리를 유동층 상태를 유지시키는 루프실 반응기에서 재사용이 가능한 회재와 배출 회재를 분리하고, 또한 불필요한 물질인 클링커(clinker)도 분리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 루프실 반응기를 다운반응기와 리턴반응기로 나누고, 동일한 공기압을 지속적으로 공급함으로써 유동층 상태를 유지하면서 직경이 작은 재활용 회재는 리턴반응기를 통해 회수하고, 직경이 큰 배출 회재는 다운반응기에서 낙하하여 배출하도록 함으로써, 기계적 장치를 사용하지 않고도 재사용이 가능한 회재를 효과적으로 분리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공기분산장치를 별도의 밸브를 사용하지 않아도 동일한 공기압을 유지할 수 있기 때문에 회재의 분리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 보일러에서 발생하는 회재에서 재사용이 가능한 회재를 분리하여 보일러에 재투입함으로써 보일러의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치에서 루프실 반응기와 공기분산장치의 내부 구성을 정면에서 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 루프실 반응기와 공기분산장치의 내부 구성을 상면에서 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 루프실 반응기와 공기분산장치의 내부 구성을 측면에서 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 공기분산장치를 확대한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하에서 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참고로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치에 대한 개략적인 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치에서 루프실 반응기와 공기분산장치의 내부 구성을 정면에서 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 루프실 반응기와 공기분산장치의 내부 구성을 상면에서 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 도 2의 루프실 반응기와 공기분산장치의 내부 구성을 측면에서 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5는 도 2의 공기분산장치를 확대한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재(10)를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치는, 내부가 하단이 개방된 격벽(101)으로 다운반응기(110)와 리턴반응기(120)로 나뉘고, 상기 다운반응기(110) 상단에 보일러(1)에서 발생한 회재(10)를 유입하는 유입구(111)를 형성하고, 상기 다운반응기(110) 하단에 상기 회재(10)를 배출하는 배출구(112)를 형성하고, 상기 리턴반응기(120) 측면 상부에 상기 회재(10)를 회수하는 회수구(121)를 형성한 루프실 반응기(100); 상기 루프실 반응기(100) 하부에 설치하여, 상기 회재(10)를 유동층화하고 상기 회재(10)를 분리하는 공기분산장치(200); 상기 루프실 반응기(100)의 회수구(121)에서 회수된 회재(10)를 공기로 이송하는 이젝터(300); 및 상기 공기분산장치(200) 및 상기 이젝터(300)에 공기를 공급하는 압축공기 공급기(400); 를 포함하고, 상기 회재(10)는 유동층 상태에서 직경이 작은 재사용 회재(11)와 직경이 큰 배출 회재(12)로 분리되고, 상기 재사용 회재(11)는 상기 다운반응기(110)에서 상기 리턴반응기(120)로 이송되어 상기 회수구(121)로 회수되고, 상기 배출 회재(12)는 상기 다운반응기(110)에서 상기 배출구(112)로 배출되는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재(10)를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치는 보일러(1)에서 발생한 회재(10)를 포집하여 재사용 회재(11)와 배출 회재(12)로 분리하는 루프실 반응기(100)와 루프실 반응기(100) 하부에 설치되어 공기를 분사하는 공기분산장치(200), 루프실 반응기(100)에서 회수된 재사용 회재(11)를 이송하는 이젝터(300) 및 공기분산장치(200)와 이젝터(300)에 공기를 공급하는 압축공기 공급기(400)를 포함하여 구성한다.
루프실 반응기(100)는 내부에 공간을 형성하여 보일러(1)에서 발생한 회재(10)를 받는다.
루프실 반응기(100)의 내부 공간은 다운반응기(110)와 리턴반응기(120)로 나뉜다. 다운반응기(110)와 리턴반응기(120)는 하측이 개방된 격벽(101)으로 나뉜다.
격벽(101)은 루프실 반응기(100)의 내부에서 세로방향으로 설치되어 루프실 반응기(100)의 내부 공간을 다운반응기(110)와 리턴반응기(120)로 나뉜다. 그리고, 격벽(101)은 하단이 개방되어 있다. 다운반응기(110)와 리턴반응기(120)는 완전히 구분된 별도의 공간이 아니라 개방된 격벽(101)의 하단에 의해 연통한다.
루프실 반응기(100)는 하단이 개방된 격벽(101)에 의해 통로를 형성하여, 루프실 반응기(100)로 유입한 회재(10)는 다운반응기(110)에서 통로를 거쳐 리턴반응기(120)로 이동하는 것이다.
루프실 반응기(100)는 상단에 보일러(1)에서 발생한 회재(10)를 유입하는 유입구(111)를 형성한다. 유입구(111)는 루프실 반응기(100)에서 다운반응기(110)의 상단에 형성한다. 유입구(111)는 다운반응기(110)로 회재(10)가 바로 들어갈 수 있도록 구성되는 것이다. 보일러(1)에서 발생한 회재(10)는 먼저 유입구(111)를 거쳐 다운반응기(110)에 포집된다.
다운반응기(110)는 하단에 회재(10)를 배출하는 배출구(112)를 형성한다. 배출구(112)는 재사용하지 않고 버려야할 배출 회재(12)를 배출한다. 배출 회재(12)는 격벽(101) 하단의 통로를 통해 리턴반응기(120)로 이동하지 않고, 배출구(112)를 통해 바로 배출된다.
루프실 반응기(100)는 재사용 회재(11)를 회수하는 회수구(121)를 더 구성하는데, 회수구(121)는 리턴반응기(120)의 측면 상부에 형성한다. 회수구(121)는 루프실 반응기(100)의 측면에 형성하는데 리턴반응기(120)에만 연통하도록 리턴반응기(120)측에 형성한다. 그리고 측면에서 상부에 배치되어 형성한다.
보일러(1)에서 발생하여 루프실 반응기(100)로 유입한 회재(10)의 이동경로를 설명하면, 배출 회재(12)는 유입구(111)에서 다운반응기(110)를 거쳐 배출구(112)로 나가며, 재사용 회재(11)는 유입구(111)에서 다운반응기(110)로 들어온 후, 격벽(101) 하단의 통로를 통해 리턴반응기(120)로 이동하고 회수구(121)로 나간다. 루프실 반응기(100)에 유입한 회재(10) 중, 배출 회재(12)는 유입구(111)에서 배출구(112)로 이동하는 직선 경로를 형성하며, 재사용 회재(11)는 유입구(111)에서 격벽(101) 하단의 통로를 거쳐 회수구(121)로 이동하는 루프 형태의 곡선 경로를 형성한다.
루프실 반응기(100)의 내부로 유입한 회재(10)는 하부에 설치한 공기분산장치(200)에서 분사하는 공기에 의해 유동층을 형성하면서 재사용 회재(11)와 배출 회재(12)로 분리된다.
공기분산장치(200)는 루프실 반응기(100)의 하부에서 상부로 일정한 공기압의 공기를 분사하여 회재(10)를 루프실 내부에서 유동층화한다.
회재(10)는 공기분사장치에 의해 분사하는 공기에 의해 내부에서 기포유동층(저유속 유동화)을 형성한다. 회재(10)는 물이 끓는 것과 같이 루프실 반응기(100) 내부에서 일정한 높이로 끓는 것이다. 그리고 회재(10)는 다양한 직경을 가지는 입자의 회재(10)를 포함하고 있기 때문에 입자의 크기에 따라 층을 형성하며 유동화한다.
회재(10)는 공기분산장치(200)에 의해 루프실 반응기(100)의 다운반응기(110)와 리턴반응기(120)에서 유동층 상태를 유지하면서 크기에따라서 분리된다. 회재(10)는 직경이 작아 재사용이 가능한 재사용 회재(11)와 직경이 커서 재사용이 불가능해 버려야 하는 배출 회재(12)로 분리된다.
재사용 회재(11)는 다운반응기(110)에서 리턴반응기(120)로 이송되고, 회수구(121)를 통해 회수된다. 배출 회재(12)는 다운반응기(110)에만 머물다가 배출구(112)를 통해 배출된다.
회수구(121)를 통해 회수되는 회재(10)인 재사용 회재(11)는 이젝터(300)에 의해 이송된다.
이젝터(300)는 회수되는 재사용 회재(11)에 공기를 분사하여 보일러(1)로 보낸다.
그리고, 공기분산장치(200)와 이젝터(300)는 압축공기 공급기(400)에 의해 공기를 공급받는다. 압축공기 공급기(400)는 일정한 공기압의 공기를 공급하는 장치로 공기분산장치(200)와 이젝터(300) 각각에 압축공기를 공급하며, 압축공기의 공기압을 달리하여 공급할 수도 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 공기분산장치(200)는, 상기 리턴반응기(120) 하부에 설치하여, 유동층 상태를 유지하면서 상기 재사용 회재(11)를 상기 회수구(121)로 이송하도록 공기를 공급하는 제1공급부(210); 및 상기 다운반응기(110) 하부에 설치하여, 유동층 상태를 유지하면서 상기 재사용 회재(11)를 상기 다운반응기(110)에서 상기 리턴반응기(120)로 이송하고, 상기 배출 회재(12)를 상기 다운반응기(110)에서 상기 배출구(112)로 낙하하도록 공기를 공급하는 제2공급부(220); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
공기분산장치(200)는 리턴반응기(120) 하부에 설치하는 제1공급부(210)와 다운반응기(110) 하부에 설치하는 제2공급부(220)로 구성된다. 제1공급부(210)와 제2공급부(220)는 칸막이(203)로 구분되어 있을 수 있으며, 리턴반응기(120)와 다운반응기(110) 각각에 별도로 공기를 공급할 수 있다.
제1공급부(210)와 제2공급부(220)에는 동일한 공기압의 공기를 공급받아 리턴반응기(120)와 다운반응기(110)로 분사하기 때문에 리턴반응기(120)와 다운반응기(110)가 격벽(101)으로 분리되어 있더라도 회재(10)가 비슷한 높이로 유동층을 형성할 수 있다.
압축공기 공급기(400)에서 제1공급부(210)와 제2공급부(220)에 공기를 공급하는 관은 측부에 구성할 수도 있고, 하부에 구성할 수도 있다.
제1공급부(210)는 리턴반응기(120)에서 회재(10)의 유동층 상태를 유지하도록 공기를 분사하면서 재사용 회재(11)를 회재(10)를 회수구(121)로 이송시킨다.
제1공급부(210)는 칸막이(203)로 제2공급부(220)와 구분되어 있어, 별도의 공기방(201)을 형성한다. 공기방(201)의 상단에는 리턴반응기(120)로 공기방(201)의 공기가 유입하는 노즐(211)이 구성된다. 공기방(201)의 공기는 노즐(211)을 통해 리턴반응기(120)로 분사되는 것이다.
노즐(211)에는 공기분사홀(212)이 형성되어 있는데 공기분사홀(212)은 하방을 향해서 뚫려있다. 공기는 상방으로 바로 분사되는 것이 아니라 하방으로 뚫린 공기분사홀(212)에서 분사되어 위쪽으로 향하는 것이다. 회재(10)의 이동에 따라 공기분사홀(212)이 회재(10)에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다.
제2공급부(220)는 다운반응기(110)에서 회재(10)의 유동층 상태를 유지하도록 공기를 분사하고, 재사용 회재(11)는 다운반응기(110)에서 리턴반응기(120)로 이송하고 배출 회재(12)는 다운반응기(110)에서 배출구(112)로 낙하하도록 한다.
유입구(111)로 유입한 회재(10)는 제2공급부(220)에 의해 유동층을 형성하는데, 회재(10)는 직경이 큰 회재(10)와 직경이 작은 회재(10)가 섞여 있다. 따라서 회재(10)는 제2공급부(220)에서 분사되는 공기의 공기압에 의해 크기별로 층을 형성하는 것이다. 공기압은 회재(10) 중 재사용할 수 있는 재사용 회재(11)는 유동화 상태를 유지하면서 리턴반응기(120)로 이동하고, 배출회재(10)는 리턴반응기(120)로 가지 않고 다운반응기(110)에서 배출구(112)로 낙하할 수 있을 정도를 형성하는 것이다.
제2공급부(220)에서 분사하는 공기압을 이기고 낙하할 수 있을 만큼 큰 직경을 가진 배출 회재(12)는 공기압을 이기고 천천히 배출구(112)로 낙하하여 배출되는 것이다.
또한, 회재(10)는 보일러(1)에서부터 계속 유입구(111)로 공급되기 때문에 회재(10)에 의한 유동층은 계속해서 누적되면서 다운반응기(110) 내에서 아래로 이동한다. 배출구(112)로 배출되지 않는 재사용 회재(11)는 격벽(101)의 하단에 형성한 통로를 통해 리턴반응기(120)로 이동하여 리턴반응기(120) 내에서 회수구(121) 방향으로 위로 이동한다.
즉, 회재(10)는 전체적으로 유동층 상태를 유지하면서 재사용 회재(11)는 곡선 형태로 유입구(111)에서 회수구(121)까지 이동하는 것이다.
배출 회재(12)는 다운반응기(110)에서 배출구(112)로 낙하하고, 재사용 회재(11)는 다운반응기(110)에서 리턴반응기(120)로 이동하도록 제1공급부(210)와 제2공급부(220)는 동일한 공기압의 공기를 분사해야 한다.
이에, 압축공기 공급기(400)는, 상기 제1공급부(210)와 상기 제2공급부(220)에 동일한 공기압의 공기를 공급하는 것을 특징으로 한다. 또한, 압축공기 공급기(400)에는 제어부를 구비하여 제1공급부(210)와 제2공급부(220)의 공기압이 동일하게 유지될 수 있도록 조절할 수도 있다.
상기 제2공급부(220)는, 상기 다운반응기(110) 하부에 설치되어 상기 배출구(112)로 이어지는 이동관(221); 상기 이동관(221)의 외부를 감싸며 내부에 동일한 공기압을 유지하는 공기박스(202); 및 양단이 상기 공기박스(202) 내부로 돌출되도록 상기 이동관(221)을 가로질러 설치되어, 상기 양단으로 유입한 공기를 하방을 향해 형성한 다수의 배출홀(223)로 배출하는 배출관(222); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제2공급부(220)는 다운반응기(110) 하부에 설치되는데 다운반응기(110) 하단의 배출구(112)에서 이어진 이동관(221)을 구성한다.
이동관(221)은 배출 회재(12)를 배출구(112)로 보내도록 이어진 통로이며, 원형으로 구성될 수도 있으나, 사각형태로 구성되는 것이 바람직할 것이다.
이동관(221)은 동일한 공기압을 유지하는 공기박스(202) 내부에 구비되어 있다.
공기박스(202)는 제1공급부(210)의 공기방(201)과 칸막이(203)에 의해 구분된 공간으로 내부에 배출구(112)와 연결된 이동관(221)을 감싸고 있다. 압축공기는 공기박스(202)로 공급되고 공기박스(202)는 일정한 공기압을 유지할 수 있다.
이동관(221)에는 이동관(221)을 가로질러 배출관(222)이 설치된다. 배출관(222)은 양단이 공기박스(202) 내부로 돌출되도록 세로방향으로 이동관(221)에 설치된다. 배출관(222)은 양단을 이동관(221)에 고정하되, 양단이 이동관(221) 외부로 더 돌출하도록 설치하는 것이다.
따라서 공기박스(202) 내부의 공기는 배출관(222)의 양단의 구멍을 통해 배출관(222)으로 유입된다. 배출관(222)에는 하방을 향해 다수의 배출홀(223)이 형성되어 있으며, 배출관(222)의 양단으로 유입한 공기는 배출홀(223)을 통해 배출된다.
배출홀(223)은 낙하하는 회재(10)에 의해 배출홀(223)이 막히지 않도록 아래를 향하도록 구성한 것이다.
또한, 다운반응기(110)에서는 배출 회재(12)와 함께 보일러(1) 전열관에서 발생하는 클린커(clinker)가 배출된다. 클린커는 전열관 외부 표면에 형성되는 것으로 직경 10mm 이상의 길죽한 형태인데, 제2공급부(220)에 구성한 배출관(222)에서 분사되는 공기에 의해 배출 회재(12)와 함께 막힘없이 안정적으로 배출이 가능하다.
상기 이동관(221)은, 아래로 갈수록 면적이 작아지는 콘형상인 것을 특징으로 하한다. 이동관(221)은 측단면이 콘형상을 가지는데, 이동관(221)이 원형인 경우에는 원형의 콘형상을 가질 수 있고, 사각인 경우에는 사각의 콘형상을 가질 수 있다.
이동관(221)은 공기박스(202) 상부에서 가장 넓은 면적을 가지며 배출구(112)에서 가장 좁아지고, 이 상태를 유지하며 아래로 연장된다.
상기 배출관(222)은, 상기 이동관(221)에서 단면적이 작은 하부보다 단면적이 넓은 상부에 설치 개수가 많되, 상부의 배출관(222)과 하부의 배출관(222)을 서로 엇갈리게 설치하는 것을 특징으로 한다.
이동관(221)은 아래로 갈수록 단면적이 작아지는 콘형상을 가지기 때문에 단면적이 넓은 상부에 배출관(222)을 많이 설치하며, 단면적이 작은 하부에 적게 설치한다. 본 실시예에서는 상부에 두개를 설치하고, 하부에 한개를 설치하였으나, 설치 개수는 제한된것이 아니며, 이동관(221)의 길이 또는 면적에 따라 달라질 수 있을 것이다.
또한, 배출관(222)은 상부와 하부가 서로 엇갈리게 설치할 수 있다. 위에서 보았을 때, 배출관(222)이 서로 겹치지 않도록 설치하는 것이다. 상부와 하부의 배출관(222)이 서로 겹치지 않도록 설치되어야 바람이 이동관(221) 전체를 커버하면서 위로 분사될 수 있다.
상기 배출관(222)은, 직경과 길이가 반비례하도록 형성하여 상기 이동관(221)에 설치되는 위치에 관계없이 동일한 공기압의 공기를 배출하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이동관(221)이 아래로 갈수록 단면적이 작아지는 콘형상이기 때문에 상부에 설치된 이동관(221)과 하부에 설치된 배출관(222)의 길이가 차이가 날 수 있다.
상부와 하부의 배출관(222) 길이의 차이가 크지 않다면 배출관(222)에서 분사되는 공기압에 큰 영향이 없겠지만, 이동관(221)의 길이가 길어져 배출관(222)의 길이차이가 크게 난다면 배출관(222)에서 분사되는 공기압에 영향을 미칠 수 있다.
배출관(222)의 길이차이에 따른 상부와 하부의 배출관(222)에서 분사되는 공기의 공기압 차이를 상쇄하기 위해 배출관(222)의 직경과 길이를 반비례하도록 형성할 수 있다. 길이가 긴 배출관(222)은 직경을 작게 형성하고, 길이가 짧은 배출관(222)은 직경을 크게 형성하여 공기압의 차이가 없도록 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 일실시에에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치는 기계적 장치를 사용하지 않아도 효과적으로 보일러(1)에서 발생한 회재(10)를 재사용 회재(11)와 배출 회재(12)로 분리할 수 있다.
루프실 반응기(100) 내에서 회재(10)를 기포유동층 상태를 유지하면서 지속적으로 분리하기 때문에 기계적 장치를 사용하는 것보다 효율적으로 회재(10)를 분리할 수 있다.
또한, 재사용 회재(11)만 회수되도록 일정한 공기압의 공기를 분사하기 때문에 재사용하지 않고 버려야하는 배출 회재(12) 외에도 보일러(1)에서 생성되는 길쭉한 형태의 클린커(clinker)도 효과적으로 분리하여 배출할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시에에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치를 이용한 회재 재활용 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일실시에에 따른 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치를 이용한 회재 재활용 방법은, 보일러(1)에서 발생한 회재(10)가 루프실 반응기(100)의 유입구(111)로 유입하는 단계; 상기 유입구(111)로 유입한 회재(10)가 상기 루프실 반응기(100) 하부에 설치된 공기분산장치(200)에 의해 유동층화하는 단계; 상기 회재(10)가 유동층을 유지한 상태에서 직경이 작은 재사용 회재(11)와 직경이 큰 배출 회재(12)로 분리되는 단계; 및 상기 재사용 회재(11)는 상기 루프실 반응기(100)의 회수구(121)로 회수되고, 상기 배출 회재(12)는 상기 루프실 반응기(100)의 배출구(112)로 배출되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보일러(1)에서 발생한 회재(10)가 루프실 반응기(100)의 유입구(111)로 유입하는 단계에서는 회재(10)가 루프실 반응기(100)로 유입한다.
보일러(1)에서 발생한 회재(10)에는 재사용이 가능한 직경이 작은 재사용 회재(11), 재사용이 불가능한 직경이 큰 배출 회재(12), 그리고 클린커(clinker)와 같은 재거해야할 물질 등이 같이 섞여 있다.
이러한 회재(10)는 분리와 배출을 위해 보일러(1)에서 루프실 반응기(100)에 구성한 유입구(111)로 유입하는 것이다.
상기 유입구(111)로 유입한 회재(10)가 상기 루프실 반응기(100) 하부에 설치된 공기분산장치(200)에 의해 유동층화하는 단계에서는 루프실 반응기(100) 하부에 설치되어 위로 공기를 분사하는 공기분산장치(200)를 통해 유입한 회재(10)가 유동층을 형성한다.
회재(10)는 공기분산장치(200)가 아래에서 분사하는 공기에 의해 기포유동층을 형성한다. 이러한 유동층은 물이 끓는 것처럼 루프실 반응기(100) 내에서 일정한 높이로 끓는 것이다.
상기 회재(10)가 유동층을 유지한 상태에서 직경이 작은 재사용 회재(11)와 직경이 큰 배출 회재(12)로 분리되는 단계에서는 회재(10)가 크기에 따라서 분리된다.
공기분산장치(200)는 일정한 공기압으로 공기를 위쪽으로 분사하며, 회재(10)는 크기에 따라서 재사용 회재(11)와 배출 회재(12)로 분리되는 것이다.
상기 재사용 회재(11)는 상기 루프실 반응기(100)의 회수구(121)로 회수되고, 상기 배출 회재(12)는 상기 루프실 반응기(100)의 배출구(112)로 배출되는 단계에서는 분리된 회재의 회수와 분리가 이루어진다.
상기 배출되는 단계는 상기 재사용 회재(11)는 상기 루프실 반응기(100)의 다운반응기(110)에서 리턴반응기(120)로 이송되어 상기 회수구(121)로 회수되는 단계; 및 상기 배출 회재는 상기 다운반응기(110)에서 상기 배출구(112)로 낙하하여 상기 배출구(112)로 배출되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 보일러
10: 회재
11: 재사용 회재
12: 배출 회재
100: 루프실 반응기
101: 격벽
110: 다운반응기
111: 유입구
112: 배출구
120: 리턴반응기
121: 회수구
200: 공기분산장치
201: 공기방
202: 공기박스
203: 칸막이
210: 제1공급부
211: 노즐
212: 공기분사홀
220: 제2공급부
221: 이동관
222: 배출관
223: 배출홀
300: 이젝터
400: 압축공기 공급기

Claims (9)

  1. 내부가 하단이 개방된 격벽으로 다운반응기와 리턴반응기로 나뉘고, 상기 다운반응기 상단에 보일러에서 발생한 회재를 유입하는 유입구를 형성하고, 상기 다운반응기 하단에 상기 회재를 배출하는 배출구를 형성하고, 상기 리턴반응기 측면상부에 상기 회재를 회수하는 회수구를 형성한 루프실 반응기;
    상기 루프실 반응기 하부에 설치하여, 상기 회재를 유동층화하고 상기 회재를 분리하는 공기분산장치;
    상기 루프실 반응기의 회수구에서 회수된 회재를 공기로 이송하는 이젝터;
    및
    상기 공기분산장치 및 상기 이젝터에 공기를 공급하는 압축공기 공급기; 를 포함하고,
    상기 회재는 유동층 상태에서 직경이 작은 재사용 회재와 직경이 큰 배출 회재로 분리되고, 상기 재사용 회재는 상기 다운반응기에서 상기 리턴반응기로 이송되어 상기 회수구로 회수되고, 상기 배출 회재는 상기 다운반응기에서 상기 배출구로 배출되고,
    상기 공기분산장치는,
    상기 리턴반응기 하부에 설치하여, 유동층 상태를 유지하면서 상기 재사용 회재를 상기 회수구로 이송하도록 공기를 공급하는 제1공급부; 및
    상기 다운반응기 하부에 설치하여, 유동층 상태를 유지하면서 상기 재사용 회재를 상기 다운반응기에서 상기 리턴반응기로 이송하고, 상기 배출 회재를 상기 다운반응기에서 상기 배출구로 낙하하도록 공기를 공급하는 제2공급부; 를 포함하고,
    상기 제2공급부는,
    상기 다운반응기 하부에 설치되어 상기 배출구로 이어지는 이동관;
    상기 이동관의 외부를 감싸며 내부에 동일한 공기압을 유지하는 공기박스; 및
    양단이 상기 공기박스 내부로 돌출되도록 상기 이동관을 가로질러 설치되어, 상기 양단으로 유입한 공기를 하방을 향해 형성한 다수의 배출홀로 배출하는 배출관; 을
    포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 공급기는,
    상기 제1공급부와 상기 제2공급부에 동일한 공기압의 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동관은,
    아래로 갈수록 면적이 작아지는 콘형상인 것을 특징으로 하는 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배출관은,
    상기 이동관에서 단면적이 작은 하부보다 단면적이 넓은 상부에 설치 개수가 많되, 상부의 배출관과 하부의 배출관을 서로 엇갈리게 설치하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 배출관은,
    직경과 길이가 반비례하도록 형성하여 상기 이동관에 설치되는 위치에 관계없이 동일한 공기압의 공기를 배출하도록 하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치.
  8. 보일러에서 발생한 회재가 루프실 반응기의 유입구로 유입하는 단계;
    상기 유입구로 유입한 회재가 상기 루프실 반응기 하부에 설치된 공기분산장치에 의해 유동층화하는 단계;
    상기 회재가 유동층을 유지한 상태에서 직경이 작은 재사용 회재와 직경이 큰 배출 회재로 분리되는 단계; 및
    상기 재사용 회재는 상기 루프실 반응기의 회수구로 회수되고, 상기 배출 회재는 상기 루프실 반응기의 배출구로 배출되는 단계; 를 포함하고,
    상기 배출되는 단계는,
    상기 재사용 회재는 상기 공기분산장치의 제2공급부에 의해 상기 루프실 반응기의 다운반응기에서 리턴반응기로 이송되고, 상기 공기분산장치의 제1공급부에 의해 상기 회수구로 회수되는 단계; 및
    상기 배출 회재는 하방으로 공기를 분사하는 상기 제2공급부에 의해 상기 다운반응기에서 상기 배출구로 낙하하여 상기 배출구로 배출되는 단계; 를
    포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치를 이용한 회재 재활용 방법.
  9. 삭제
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