KR102445936B1 - 순환 유동층 보일러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 순환 유동층 보일러로서, 순환 유동층 보일러에 관한 것으로서, 내부에 유로가 형성된 다수개의 튜브로 이루어진 튜브번들과 상기 튜브에 마련되는 하부 지지러그 및 상기 튜브에 마련되어, 상기 하부 지지러그가 슬라이딩 삽입되는 슬라이딩러그를 포함하고, 상기 슬라이딩러그는, 역 Y자 모양으로 형성되어 상기 하부 지지러그가 슬라이딩 삽입되는 것을 특징으로 한다.

Description

순환 유동층 보일러{Circulating Fluidized Bed Boiler}
본 발명은 순환 유동층 보일러에 관한 것이다.
일반적으로, 보일러는 발전소 또는 산업용으로 필요한 증기를 생성하는 장치로서, 그 구성요소를 살펴보면 증기를 발생시키는 본체(노, 과열기, 재열기, 절탄기) 및 순환계통과, 연료의 공급 및 연소를 통해 보일러 내에 열원을 공급하는 연소장치, 연소에 필요한 공기의 공급 및 연소와 가스를 방출시키는 통풍장치, 기타 보일러를 빠져 나가는 연소가스로부터 열량을 회수하는 공기 예열기, 보일러 본체 내에 축적되는 회분을 제거하기 위한 제매기, 보일러 본체를 보호하기 위한 안전 밸브 등 부대설비로 이루어진다.
한편, 유동층(CFB, Circulating Fluidized Bed) 보일러는 회분이 많은 저질탄을 연소하기 위하여 개발된 보일러로써, 기존의 보일러 중 가장 환경 친화적이다.
이는 연료를 연소 시 발생될 수 있는 질산화물과 황산화물의 발생을 최소화시킴으로써 오염물질의 발생을 줄이는 것으로, 연소방법은 다른 보일러와는 달리 연소온도를 낮게 유지하기 위하여 연료의 크기를 크게 하고 연소로 내에서 유동하면서 서서히 연소되도록 설계되었다.
그러나, 유동층 보일러의 연소로 측면 또는 외부에 설치되는 외부열교환기는 좁은 공간에 튜브가 밀접하게 배열되어 있어서 컴팩트하지만, 틈새가 없어 튜브의 유지 보수가 어려운 문제가 있었다.
또한, 바이오매스나 갈탄같이 저급연료는 회분의 응집성향이 강하여 외부열교환기 운전조건에서 튜브의 서포트 튜브(Support Tube) 또는 슬라이딩 러그(Sliding Lug)에 고착되어 튜브의 열팽창을 방해하여 튜브가 파손되는 문제가 있었다.
또한, 튜브파손에 의한 비정기적인 운전 정지, 보수 등으로 연간 가동률 저하 및 튜브 교체 비용이 커지는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 하부 튜브와 지지 러그에 애쉬(Ash)가 응집하여 팽창을 구속하는 문제를 해소하고자 하며, 튜브 번들이 정기 보수 기간에 튜브와 지지 러그, 슬라이딩 러그 사이에 낀 애쉬를 제거할 수 있는 순환 유동층 보일러를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 순환 유동층 보일러는, 내부에 유로가 형성된 다수개의 튜브로 이루어진 튜브번들과, 상기 튜브에 마련되는 하부 지지러그 및 상기 튜브에 마련되어, 상기 하부 지지러그가 슬라이딩 삽입되는 슬라이딩러그를 포함한다.
구체적으로는, 상기 슬라이딩러그는, Y자 모양을 180도 회전하여 역 Y자 모양으로 형성되어 상기 하부 지지러그가 슬라이딩 삽입될 수 있다.
구체적으로는, 상기 슬라이딩러그는, 상기 튜브에 연결되는 바디부와, 상기 바디부에서 연장되어 상기 하부 지지러그가 슬라이딩 삽입되는 삽입구가 형성된 연장부를 포함할 수 있다. 또한 역 Y형상을 이루는 다양한 변형형태를 이룰 수 있다.
구체적으로는, 상기 슬라이딩러그는, 상기 바디부에서 상기 연장부를 향하여 양측으로 갈라진 사이로 상기 하부 지지러그가 슬라이딩 삽입될 수 있다.
구체적으로는, 상기 튜브는, 유체의 흐름이 전향되는 부분이 상기 튜브의 다른 부분보다 두께가 두껍게 형성될 수 있다.
구체적으로는, 상기 튜브는, 절곡되어 유체의 흐름이 전향되는 경사부가 형성되고, 상기 경사부는, 외주면에 상기 슬라이딩러그가 마련될 수 있다.
구체적으로는, 상기 하부 지지러그는, 상기 튜브와 근접하여 유체가 통과하는 관통부가 형성되고, 상기 튜브의 길이방향으로 상기 관통부가 형성될 수 있다.
구체적으로는, 상기 다수개의 튜브번들은, 짝수번의 상기 튜브번들과 홀수번의 상기 튜브번들의 배열이 다르게 형성되며, 홀수번의 상기 튜브번들의 하부 튜브를 상부로 절곡되게 배열하여, 짝수번의 상기 튜브번들의 하부 튜브 사이에 홀수번의 상기 튜브번들이 존재하지 않아 공간이 마련되도록 할 수 있다.
구체적으로는, 상기 하부 지지러그는, 상기 튜브와 근접하여 유체과 통과하는 관통부 없이 바로 하부 튜브에 연결될 수 있으며 다양한 변형형태가 존재할 수 있다. 하지만 상기 역 Y자 형상의 갈라진 사이로 상기 하부 지지러그가 삽입되는 구조를 이루어 역 Y자 형상의 갈라진 사이로 애쉬가 침투하였을 때 중력에 의하여 하부로 흘러내려 역 Y자 형상의 갈라진 사이에 정체하여 응집되지 않는다.
본 발명에 따른 순환 유동층 보일러는, 튜브번들의 하부 지지러그와 슬라이딩러그 부위의 구조를 변경하여 공간을 마련함으로써 보일러 정지 후 하부 튜브번들의 지지러그 부위에 부착되어 있는 애쉬제거가 가능한 효과가 있으며, 지지러그 및 슬라이딩 러그의 형상에 의해 애쉬가 남아 있지 아니한 구조를 채택하여 애쉬응집 가능성을 배제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 보일러를 나타내는 사시도,
도 2는 도 1의 'A'를 나타내는 부분 확대도,
도 3은 도 2의 하부지지러그와 슬라이딩러그를 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 순환 유동층 보일러를 나타내는 사시도,
도 5는 도 4의 튜브번들을 나타내는 정면도이고,
도 6은 도 4의 튜브번들을 나타내는 측면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 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. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 보일러를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 'A'를 나타내는 부분 확대도이며, 도 3은 도 2의 하부 지지러그와 슬라이딩러그를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러를 설명하면, 순환 유동층 보일러의 외부열교환기(1)는 튜브번들(10)과, 하부 지지러그(30)와 슬라이딩러그(40)을 포함한다.
튜브번들(10)은 내부에 유로가 형성된 다수개의 튜브와 브라켓(20)을 포함할 수 있다. 튜브번들(10)은 다수개의 튜브가 순차적으로 상부로 배열될 수 있다. 튜브번들(10)은 내부에 증기가 이동하면서 튜브의 외부를 지나가는 연소가스와 열교환시킬 수 있다.
예컨대, 튜브번들(10)은 제1 튜브(10a), 제2 튜브(10b), 제3 튜브(10c)를 포함할 수 있다. 튜브번들(10)은 각각의 튜브의 입구 및 출구 튜브들은 케이싱(도면 부호 미도시)을 뚫고 나와 상부 헤더와 하부 헤더에 연결 고정되도록 마련될 수 있다.
튜브번들(10)에는 각각 하부 지지러그(30)와 슬라이딩러그(40)가 마련될 수 있다. 튜브번들(10)은 제1 튜브(10a), 제2 튜브(10b), 제3 튜브(10c)를 번들로 묶기 위하여 브라켓(20)이 마련될 수 있다. 브라켓(20)은 각각의 튜브를 번들로 묶기 위한 것으로 당업계에서 사용되고 있는 것으로서 이에 대하여는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한 브라켓(20)은 튜브와 튜브 사이를 묶어주기 위한 것이므로 슬라이딩러그(40) 및 하부 지지러그(30)와 수평으로 이동하여 슬라이딩러그(40) 및 하부 지지러그(30)와 수직으로 같은 위치가 아닌 이격되어 설치될 수 있다.
제1 튜브(10a)는 튜브에 마련되는 하부 지지러그(30)와 슬라이딩러그(40)가 마련될 수 있다. 제1 튜브(10a)는 증기가 유입되는 증기 유입구와, 증기 유입구로부터 유입된 증기가 배출되는 증기 배출구를 포함할 수 있다. 제1 튜브(10a)는 증기 유입구와 증기 배출구 사이에서 수회 절곡되어 마련될 수 있다.
제1 튜브(10a)는 절곡되지 아니한 부분에 다른 튜브를 지지할 수 있는 하부 지지러그(30) 및/또는 슬라이딩러그(40)가 마련될 수 있다. 또, 제1 튜브(10a)는 절곡되어 유체(이하 '증기')의 흐름이 전향되는 부분의 두께가 절곡되지 아니한 부분의 제1 튜브(10a)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 튜브(10a)의 파손을 방지할 수 있다.
제1 튜브(10a)는 상부에 다수개의 튜브가 마련될 수 있다. 예컨대, 제1 튜브(10a)는 제2 튜브(10b)가 상부에 마련되고, 제2 튜브(10b)를 향하여 하부 지지러그(30)가 마련될 수 있다.
제2 튜브(10b)는 제1 튜브(10a)의 상부에 마련되어 브라켓(20)에 의해 제1 튜브(10a)와 같이 고정될 수 있다. 제2,3 튜브(10b,10c)는 제1 튜브(10a)와 유사하게 마련되는 것으로서 설명하지 아니하는 부분에서는 동일한 것으로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제2 튜브(10b)는 하부 지지러그(30)가 슬라이딩 삽입되는 슬라이딩러그(40)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 튜브(10b)는 하부측에 슬라이딩러그(40)가 마련되어 제1 튜브(10a)의 하부 지지러그(30)에 슬라이딩 삽입될 수 있다. 또, 제2 튜브(10b)는 제3 튜브(10c)를 향하는 상부측에 하부 지지러그(30)가 마련되어 제3 튜브(10c)의 슬라이딩 러그(40)에 삽입될 수 있다.
제3 튜브(10c)는 제2 튜브(10b)와 같이 하부측에 슬라이딩 러그(40)와 상부측에 하부 지지러그(30)가 마련될 수 있다. 이에 따른, 튜브번들(10)은 연소가스 제1 튜브(10a), 제2 튜브(10b), 제3 튜브(10c)를 통과하면서 연소가스가 튜브 내부를 이동하는 증기와 열교환될 수 있다.
하부 지지러그(30)는 튜브의 상부측에 마련되어 후술하는 슬라이딩 러그(40)에 삽입될 수 있다. 하부 지지러그(30)는 제1 튜브(10a), 제2 튜브(10b)의 상부측에 수평한 위치에 각각 마련될 수 있다. 하부 지지러그(30)는 지지러그 바디부(32)와 지지러그 바디부(32)로부터 연장되어 슬라이딩 러그(40)에 삽입되는 삽입돌기(34)를 포함할 수 있다.
예컨대, 지지러그 바디부(32)는 제1 튜브(10a)의 상부측에 접하고, 제2 튜브(10b)를 향하여 삽입돌기(34)가 연장형성될 수 있다. 지지러그 바디부(32)는 삽입돌기(34)의 단부를 향하여 삼각형으로 형성될 수 있다. 지지러그 바디부(32)는 튜브의 길이방향으로 관통부(32a)가 형성되어 연소가스의 이동을 방해하지 않을 수 있다.
삽입돌기(34)는 슬라이딩러그(40)의 삽입구(44)로 삽입돌기(34)가 슬라이딩 삽입될 수 있다.
슬라이딩러그(40)는 제2 튜브(10b)와 제3 튜브(10c)의 하부측에서 제1 튜브(10a)와 제2 튜브(10b)의 상부측을 향하여 각각 마련될 수 있다. 슬라이딩러그(40)는 Y자 모양으로 형성되어 하부 지지러그(30)가 슬라이딩 삽입될 수 있다.
슬라이딩러그(40)는 튜브에 연결되는 바디부(42)와, 바디부(42)에서 연장되어 하부 지지러그(30)가 슬라이딩 삽입되는 삽입구(44a)가 형성된 연장부(44)를 포함할 수 있다.
바디부(42)는 제2 튜브(10b)와 제3 튜브(10c)의 하부측에 접하도록 마련될 수 있다. 바디부(42)는 바디부(42)에서 제1 튜브(10a)와 제2 튜브(10b)를 향하여 연장부(44)가 형성될 수 있다.
연장부(44)는 바디부(42)로부터 연장되되, Y자형으로 갈라지도록 형성될 수 있다. 연장부(44)에는 하부 지지러그(30)의 삽입돌기(34)가 슬라이딩 삽입될 수 있다.
이러한 슬라이딩러그(40)에 의하여 애쉬가 슬라이딩러그(40)와 하부 지지러그(30) 사이에 끼이지 않고 흘러내릴 수 있는 구조를 가질 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 순환 유동층 보일러를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 정면을 나타내는 정면도이며, 도 6은 도 4의 튜브번들을 나타내는 측면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 다른 실시예를 설명하면, 튜브번들(10)은 각각의 튜브를 지지시킬 수 있도록 외부에 슬라이딩러그(40)가 마련될 수 있다. 이러한 슬라이딩러그(40)는 미도시된 하우징 등에 마련된 하부 지지러그(30)와 결합시켜 튜브번들(10)을 지지시킬 수 있다.
예컨대, 제1 튜브(10a)는 증기의 흐름이 전향시킬 수 있도록 절곡된 경사부(10a')에 슬라이딩러그(40)를 마련할 수 있다. 이때, 슬라이딩러그(40)는 제2 튜브(10b)가 마련되지 아니한 타편 즉, 제1 튜브(10a)의 하부측을 향하여 마련되어, 하부 지지러그(30)에 결합시켜 튜브번들(10)을 고정시킬 수 있다.
한편, 튜브번들은 연소가스와의 열교환율을 높이기 위하여 복수개가 마련되고, 연소가스가 이동하는 방향으로 수개의 튜브번들을 순차적으로 배열할 수 있다. 이때, 홀수 측의 튜브번들(10)과 짝수 측 튜브번들(110)이 서로 다른 형상으로 절곡될 수 있다. 홀수 튜브번들(10)의 튜브배열은 순차적으로 튜브가 배열되는 업계에서 알려진 일반적인 방법으로 배열될 수 있다.
또, 도 6의 'B'와 같이 짝수 튜브번들(110)은 튜브(110a)가 상부로 절곡되어 하부의 공간이 형성되도록 마련될 수 있다. 짝수 튜브번들(110)은 하부측에 절곡된 부분이 홀수 튜브번들(10)보다 높게 형성되기 때문에 튜브 및 지지러그가 필요 없는 배열로 구성될 수 있다.
이러한, 짝수 튜브번들(110)은 보일러 정지 후 인접한 홀수 튜브번들(10)의 지지러그에 부착되어 있는 애쉬를 제거할 수 있는 공간이 마련시킬 수 있다.
이와 같은 본원발명의 순환 유동층 보일러에 따르면, 튜브번들의 하부 지지러그와 슬라이딩러그 부위의 구조를 변경하여 공간을 마련함으로써 보일러 정지 후 하부 튜브번들의 지지러그 부위에 부착되어 있는 애쉬제거가 가능한 효과가 있으며, 지지러그 및 슬라이딩 러그의 형상에 의해 애쉬가 남아 있지 아니한 구조를 채택하여 애쉬응집 가능성을 배제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 일반적인 경우, 튜브번들은 모두 같은 튜브배열을 채택하고 있으나, 본 발명에서는 홀수번의 튜브번들과 짝수번의 튜브번들의 하부튜브의 튜브 배열이 다르게 형성될 수 있다.
일례로, 짝수번(또는 홀수번)의 튜브번들은 일반적인 튜브배열을 채택하고, 홀수번(또는 짝수번)의 튜브번들의 하부 튜브를 상부로 절곡되게 배열될 수 있다. 이렇게 하여 짝수번 튜브번들 하부튜브 사이에 홀수번 튜브번들이 존재하지 않으므로 공간이 마련되어 하부 지지러그와 슬라이딩러그 사이에 침적된 애쉬를 제거할 수 있다. 상기와 같이 튜브배열을 구성하여 전열면적 손실을 최소화 할 수 있고, 외부열교환기 크기 증가가 거의 없으면서도 열흡수량을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 지지러그와 슬라이딩러그 부위의 튜브두께의 증가로 강도가 향상되어 파손방지할 수 있으며, 하부 튜브번들의 청소가 가능한 공간을 마련함으로써 지지러그와 슬라이딩 러그에 부착된 잔여 애쉬를 제거한 후 재기동할 수 있다.
본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예들 중 적어도 둘 이상의 조합 또는 적어도 하나 이상의 상기 실시예와 공지기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 튜브번들 10a: 제1 튜브
10b: 제2 튜브 10c: 제3 튜브
20: 브라켓 30: 하부 지지러그
40: 슬라이딩 러그

Claims (7)

  1. 내부에 유로가 형성된 다수개의 튜브로 이루어진 튜브번들;
    상기 튜브에 마련되는 슬라이딩러그; 및
    상기 튜브 또는 하우징에 마련되어 상기 슬라이딩러그와 결합되는 하부 지지러그를 포함하고,
    상기 슬라이딩러그는, 역 Y자 모양으로 형성되어 상기 하부 지지러그가 슬라이딩 삽입되며,
    상기 튜브는, 상하로 평행하게 마련되는 두 부분 사이를 절곡 연결하여 유체의 흐름이 전향되도록 하는 경사부가 형성되고,
    상기 슬라이딩러그는, 상기 경사부의 외주면에서 하방을 향하여 마련되어, 애쉬가 상기 슬라이딩러그와 상기 하부 지지러그 사이에 끼이지 않고 흘러내리도록 하며,
    상기 하부 지지러그는, 상기 튜브 또는 상기 하우징에 마련되는 지지러그 바디부와, 상기 지지러그 바디부로부터 연장되어 상기 슬라이딩러그에 삽입되는 삽입돌기를 포함하고,
    상기 지지러그 바디부는, 상기 튜브의 길이방향으로 연소가스가 통과하는 관통부가 형성되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라이딩러그는, 상기 튜브에 연결되는 바디부와,
    상기 바디부에서 연장되어 상기 하부 지지러그가 슬라이딩 삽입되는 삽입구가 형성된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬라이딩러그는, 상기 바디부에서 상기 연장부를 향하여 양측으로 갈라진 사이로 상기 하부 지지러그가 슬라이딩 삽입되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브는, 유체의 흐름이 전향되는 부분이 상기 튜브의 다른 부분보다 두께가 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 다수개의 튜브번들은,
    짝수번의 상기 튜브번들과 홀수번의 상기 튜브번들의 배열이 다르게 형성되며, 홀수번의 상기 튜브번들의 하부 튜브를 상부로 절곡되게 배열하여, 짝수번의 상기 튜브번들의 하부 튜브 사이에 홀수번의 상기 튜브번들이 존재하지 않아 공간이 마련되도록 한 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러.
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