KR102522883B1

KR102522883B1 - 유동층 보일러의 전열관

Info

Publication number: KR102522883B1
Application number: KR1020160094550A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 가지와라; 에이지 이시카와; 야스히사 혼다; 마나부 노구치
Original assignee: 에바라 간쿄 플랜트 가부시키가이샤
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2023-04-18
Also published as: CN106402850B; JP2017032266A; CN106402850A; JP6691834B2; KR20170013829A

Abstract

복잡한 구조를 회피함으로써 원가를 낮추고, 또한 설치나 교환 등의 메인터넌스성을 고려하며, 또한 깨짐이나 변형의 리스크를 저감시켜 부식 마모 환경에서 충분한 내구성을 갖는 프로텍터를 구비한 유동층 보일러의 전열관을 제공한다.
유동층 보일러의 유동층 내에서 사용하는 전열관(1)에 있어서, 전열관(1)은, 내부를 유체가 흐르는 수관(2)와, 수관(2)의 외주측에 설치되어 수관(2)을 보호하기 위한 박육 프로텍터(4) 및 주물제의 후육 프로텍터(3)와, 수관(2)와 박육 프로텍터(4) 사이에 형성되는 단열층(6)과, 고정 지그(5)로 구성되며, 고정 지그(5)를 후육 프로텍터(3)에 고정하고, 고정 지그(5)로 수관(2)의 외주측에 설치된 박육 프로텍터(4)를 가압하도록 하였다.

Description

유동층 보일러의 전열관 {HEAT TRANSFER TUBE FOR FLUIDIZED-BED BOILER}

본 발명은, 폐기물이나 RDF(쓰레기 고형화 연료), 바이오매스 등의 연료를 연소시키고 연소열을 회수하는 유동층 보일러의 유동층 내에서 사용하는 전열관에 관한 것이다.

최근 들어, 화석 연료의 가격 앙등이나 지구 온난화 문제 등에 대한 대응 등의 관점에서 에너지 자원의 활용이 요구되고 있다. 이 가운데, 서멀 리사이클의 일익을 담당하는 폐기물이나 RDF, 바이오매스 등의 연료를 연소시키는 발전 시스템의 중요성이 증가하고 있다. 이 발전 시스템에는, 유동층 보일러를 사용하여 폐기물이나 RDF, 바이오매스 등의 연료를 연소했을 때 발생하는 열 에너지를 전열관에서 회수하는 방식이 있다. 이 방식에서는, 유동층 보일러에서 폐기물이나 RDF, 바이오매스 등의 연료를 연소시킬 때, 연료 중에 기인하는 염화물에 의하여 극심한 부식 환경이 형성되는 경우가 있다. 여기에 유동 매체에 의한 마모가 더해짐으로써 전열관의 프로텍터에 현저한 두께 감소가 야기되어 프로텍터 자체의 수명이 짧아져, 빈번한 메인터넌스가 필요해진다.

프로텍터의 연명화 대책으로서는, 표면 경화층의 형성에 의한 내마모성의 개선이나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이 프로텍터의 표면에 스터드를 마련함으로써 입자의 충돌 속도를 완화시키는 방법이 알려져 있다.

또한 특허문헌 2에 있어서는, 프로텍터와 전열관 사이에 공극을 형성함으로써 프로텍터 표면 온도를 상승시켜 표면에 산화 피막을 형성시켜, 내마모성을 향상시키고 있다. 프로텍터에 SUS 등의 스테인레스계 재질을 사용하는 경우에는, 온도 상승에 의하여 산화 피막이 발생하여, 내마모성이 향상되어 두께 감소량이 감소하는 것은, 특허문헌 3에서도 보고되어 있다.

한편, 특허문헌 4에 있어서는, 프로텍터와 전열관 사이에 알루미늄 용사층을 형성하여, 알루미늄이 용융됨으로써 밀착도를 향상시켜 프로텍터의 표면 온도를 낮추어 부식을 억제하는 방법이 제안되어 있다.

또한 프로텍터에 충분한 두께 감소 여유부를 형성하는 것도 수명을 확보하기 위한 대책의 하나이다. 판재나 파이프재에서는, 두께가 한정되고 또한 후판의 가공에 비용이 들기 때문에 주물을 사용하는 것이 일반적이다.

일본 특허 공개 제2004-19965호 공보 일본 특허 공개 평5-18504호 공보 일본 특허 공개 평8-226601호 공보 일본 실용신안 출원 공개 평5-25101호 공보

상술한 바와 같이, 프로텍터의 연명화 대책으로서 표면 경화층을 형성하는 경우, 특별한 처리가 필요해져 프로텍터의 비용 상승으로 이어진다. 또한 단순한 침식에 대해서는 효과적이지만, 부식이 관여하는 환경에서의 효과는 한정적이다. 표면 스터드 등에 의한 마모 조건의 완화는, 마모 및 부식 마모의 양쪽의 현상에 대하여 효과적이다. 그러나 구조가 복잡해지기 때문에, 프로텍터의 비용 상승과 함께 메인터넌스가 복잡해진다.

장수명화 대책인 후육화에 대해서는, 주물은 후육화가 용이하고 저비용이지만, 재질적으로 용접이 어려운 경우가 있다. 또한 현장에서의 용접 작업 자체가 어려운 경우도 있으며, 메인터넌스성의 관점에서는 현지에서의 용접 작업이 적을 것이 요망된다. 예를 들어 프로텍터에 의하여 전열관 전체면을 보호하는 경우, 용접 개소가 증가하여 작업 부하가 높아져, 설치·교환 작업성의 악화로 이어진다. 특히 전열관의 전체 주위를 보호할 필요가 있는 경우, 프로텍터 개수가 증가하기 때문에, 복잡한 프로텍터는 비용 상승뿐만 아니라 작업 효율의 저하를 초래한다. 또한 후육 프로텍터는 중량이 늘어나는 점에서도 작업성이 저하된다. 또한 후육의 프로텍터를 조합하여 감합 구조로 한 경우, 운전 중에 프로텍터와 전열관 사이에 유동 매체가 침입하여, 냉각 시에 과대한 응력이 발생하여 프로텍터가 깨지는 리스크가 발생한다.

내마모의 관점에서 프로텍터의 온도를 높이는 것은 유효하다고 여겨지고 있지만, 프로텍터와 전열관 사이에 공극을 형성하면, 운전 중의 팽창한 공극에 유동 매체가 인입되어 정지 시에 수축함으로써 과대한 응력이 발생하여, 프로텍터의 깨짐이나 변형 등의 리스크가 발생한다. 또한 한편, 내식의 관점에서는, 프로텍터 표면 온도를 낮추는 것이 제안되어 있으며, 부식과 마모의 양쪽이 관여하는 조건에서의 적절한 조건에 대해서는 적절한 수단이 발견되고 있지 않다.

본 발명은 이들 과제에 대하여 이루어진 것이며, 복잡한 구조를 회피함으로써 원가를 낮추고, 또한 설치나 교환 등의 메인터넌스성을 고려하며, 또한 깨짐이나 변형의 리스크를 저감시켜 부식 마모 환경에서 충분한 내구성을 갖는 프로텍터를 구비한 유동층 보일러의 전열관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들은, 프로텍터의 연명화를 도모하는 수단에 대하여 연구를 거듭한 것이며, 이하에 연구 과정을 설명한다.

구조의 복잡화를 회피하고 프로텍터를 연명화시키는 수단으로서 후육화가 유효한 수단이며, 게다가 저비용으로 프로텍터의 구조를 제조하기 위한 최선의 수단은 주조이다. 용접을 회피하기 위하여 후육 프로텍터와 고정 지그를 감합 구조로 고정시킨 전열관을 사용하여 시험을 행하였다. 그러나 수관과 프로텍터 및 고정 지그 사이에 발생한 간극에 유동 매체가 침입하여, 열수축 시에 과대한 응력이 발생하여 프로텍터가 깨지는 트러블이 빈발하기에 이르렀다. 그 때문에 고정 지그를 최대한 작게 하여, 발생하는 응력을 저감시킴으로써 깨짐을 방지하였다. 또한 고정 지그를 작게 함으로써 중량이 감소하여, 현장에서의 작업성도 향상되었다.

한편, 박육 프로텍터의 과제는 내구성이다. 종래 기술에서는, 내마모의 관점에서는 표면 온도를 높이는 것이 제안되어 있으며, 내식의 관점에서는 온도를 낮추는 것이 제안되어 있다.

이 모순에 대하여 본 발명자들은 실기로 1년 간 프로텍터로서 SUS310과 SCH13을 사용하였으며, 재질적으로는 SUS310 쪽이 내식성이 우수함에도 불구하고, SUS310이 격심한 두께 감소를 야기하는 것을 알아내었다. SUS310은 박판이고 전열관에 밀착하고 있었지만, 주물인 SCH13은 밀착도가 떨어지고 또한 후육이며, 표면 온도를 비교하면 SUS310 쪽이 수백℃ 낮은 상황에서 운전되고 있었다. 즉, 부식 마모 환경에서 두께 감소를 억제하기 위해서는 금속의 온도를 높이는 것이 유효한 것을 알아내었다. 이 지견에 기초하여 박육 프로텍터와 수관 사이에 단열층을 형성함으로써 박육 프로텍터의 표면 온도를 상승시켜 두께 감소를 억제할 수 있음을 알아내었다. 또한 박육 프로텍터의 응력에 의한 손상을 방지하기 위하여, 박육 프로텍터와 수관 사이에 유동 매체가 침입하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

본 발명은 이상의 지견과 그에 기초한 시험에 의하여 완성되었으며, 부식 마모 환경에서 전열관의 전체 주위를 보호하는 이하의 수단을 제공한다.

본 발명의 유동층 보일러 전열관은, 연소실과 열 회수실로 분할되는 유동층 보일러의 유동층 내에서 사용하고, 상기 연소실과 상기 열 회수실을 구획하는 전열관에 있어서, 상기 전열관은, 내부에 유체가 흐르는 원통형의 수관과, 상기 수관의 원주면의 일부를 둘러싸며, 연소실측을 향하는 수관의 외주측에 설치되는, 상기 수관을 보호하기 위한 주물제의 후육 프로텍터와, 상기 후육 프로텍터의 반대측에 있어서 상기 수관의 원주면을 둘러싸며, 열 회수실측을 향하는 수관의 외주측에 설치되는, 상기 수관을 보호하기 위한 박육 프로텍터와, 상기 수관과 상기 박육 프로텍터 사이에 형성되는 단열층과, 고정 지그로 구성되며, 상기 후육 프로텍터의 두께는, 상기 박육 프로텍터의 두께보다 크고, 상기 연소실 내의 상기 유동층의 유동 매체가 다수의 전열관 사이를 통하여 열 회수실로 인입되고, 상기 고정 지그를 상기 후육 프로텍터에 고정하고, 상기 고정 지그로 상기 수관의 외주측에 설치된 상기 박육 프로텍터를 가압하도록 한 것을 특징으로 한다. 후육 프로텍터의 두께는 10㎜ 내지 50㎜이고, 박육 프로텍터의 두께는 2㎜ 내지 6㎜이다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 고정 지그를 상기 후육 프로텍터에 감합 구조로 고정한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 감합 구조는, 상기 고정 지그 및 상기 후육 프로텍터 중 한쪽에 형성된 가이드 홈과, 상기 고정 지그 및 상기 후육 프로텍터 중 다른 쪽에 형성된 돌기부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 단열층은, 상기 단열층에의 유동 매체의 침입을 방지하기 위해 단열재 또는 단열 캐스터블로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 박육 프로텍터를 2중 구조로 하여 상기 박육 프로텍터 사이에 별도의 단열층을 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 단열층은 단열 페이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 고정 지그는 주물제인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 고정 지그로 커버되는 상기 박육 프로텍터의 부분의 면적은, 상기 박육 프로텍터의 외주면의 면적의 50% 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 박육 프로텍터에 핀을 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유동층 보일러는, 연료를 유동층 내에서 연소시키고 연소열을 전열관에서 회수하는 유동층 보일러에 있어서, 상기 전열관은 위 전열관인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 유동층 보일러는, 연료를 연소시키기 위한 연소실과, 층 내 전열관이 배치되고 연소열을 회수하는 열 회수실을 구비하며, 열 회수실의 유동화 공기의 공기량을 u₀/u_mf=2.0 내지 4.0으로 하여 유동 매체가 상기 연소실과 상기 열 회수실을 순환하는 내부 순환 유동층 보일러이고, 상기 u₀는 공탑 속도이고, 상기 u_mf는 최저 유동화 공탑 속도인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하여, 용접 작업이 최소화되었기 때문에 설치·교환 작업이 용이하고, 저비용으로 후육 제품을 제조 가능한 주물로 제작함으로써 비용을 억제하며, 또한 부식 마모에 의한 손상을 저감시킨 장수명의 프로텍터를 구비한 유동층 보일러의 전열관을 제공하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 관한 전열관을 구비한 유동층 보일러의 일 실시 형태를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 전열관의 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시하는 전열관의 조립 수순을 도시하는 분해 사시도이다.

이하, 본 발명에 관한 유동층 보일러의 전열관의 실시 형태를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 4에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복된 설명을 생략한다.

도 1은, 본 발명에 관한 전열관을 구비한 유동층 보일러의 일 실시 형태를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 유동층 보일러(11)는, 대략 사각통 형상의 노 본체(12)를 구비하고 있으며, 노 본체(12) 내는 좌우 1쌍의 구획벽(13, 13)에 의하여, 중앙부에 있는 1개의 연소실(14)과, 양 측부에 있는 2개의 열 회수실(15, 15)로 분할되어 있다. 연소실(14) 내에는, 폐기물이나 RDF 등의 연료를 열 반응시키는 유동상(20)이 형성되며, 유동상(20)은 노상 저판(30)에 의하여 지지되어 있다. 노 본체(12) 내에 설치된 노상 저판(30)은, 중앙이 높고 양 측연부를 향함에 따라 서서히 낮아지는 산 형상을 이루고 있다. 노상 저판(30)에는, 유동화 가스로서의 유동화 공기를 노 내에 분출하기 위한 다수의 산기 노즐이 배치되어 있다. 각 열 회수실(15) 내에는 유동상(23)이 형성되며, 이 유동상(23)은 노상 저판(31)에 의하여 지지되어 있다. 노상 저판(31)에는, 유동화 가스로서의 유동화 공기를 노 내에 분출하기 위한 산기 노즐이 배치되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 산 형상의 노상 저판(30)의 하방에는 4개의 공기 상자(32, 32, 33, 33)가 형성되어 있으며, 이들 공기 상자(32, 32, 33, 33)에는 노 외부로부터 유동화 공기가 공급되도록 되어 있다. 조절 밸브(도시되지 않음)의 개방도를 조절하여 공기 상자(32, 32, 33, 33)에 공급하는 공기 유량을 조절함으로써, 중앙부의 2개의 공기 상자(32, 32)의 상방의 산기 노즐로부터는, 실질적으로 작은 유동화 속도를 부여하도록 유동화 공기를 분출하고, 양 측부의 2개의 공기 상자(33, 33)의 상방의 산기 노즐으로부터는, 실질적으로 큰 유동화 속도를 부여하도록 유동화 공기를 분출한다. 그 결과, 노상 저판(30)의 중앙부의 상방에 유동 매체가 비교적 느린 속도로 상방으로부터 하방으로 이동하는 이동층(21)이 형성되고, 노상 저판(30)의 양 측부의 상방에 유동 매체가 하방으로부터 상방으로 이동하는 유동층(22)이 형성된다. 따라서 유동상(20)의 하부에서는 유동 매체가 이동층(21)으로부터 유동층(22)으로, 유동상(20)의 상부에서는 유동 매체가 유동층(22)으로부터 이동층(21)으로 이동함으로써, 이동층(21)과 유동층(22) 사이를 유동 매체가 순환하는 순환류가 좌우에 형성된다. 각 구획벽(13)의 경사부는, 상승하는 유동 매체가 노 본체(12)의 내부측으로 반전하기 쉬워지는 디플렉터로서 기능한다.

도 1에 도시한 바와 같이 구성된 내부 순환 유동층 보일러(11)에 있어서, 연료는 투입구(도시되지 않음)로부터 이동층(21)에 공급된다. 이때, 조절 밸브의 개방도를 조절하여, 이동층(21)에 공급하는 유동화 공기의 공기량이 유동층(22)에 공급하는 유동화 공기의 공기량보다도 작아지도록 조절하고 있다. 본 실시 형태에서는, 이동층(21)에 공급하는 유동화 공기의 공기량을 2 내지 3u₀/u_mf, 유동층(22)에 공급하는 유동화 공기의 공기량을 4 내지 6u₀/u_mf로하고 있다. 여기서, u₀는 공탑 속도이고 u_mf는 최저 유동화 공탑 속도이다.

이동층(21)에 공급된 연료는 유동 매체에 휩쓸려 유동 매체와 함께 하방으로 이동한다. 이때, 유동 매체의 열에 의하여 연료의 열분해가 행해지고, 연료 중의 가연분으로부터 가연 가스가 발생하여, 무른 열분해 잔사로 된다. 열분해 잔사는 전형적으로는, 불연물 및 열분해에 의하여 물러진 미연물(차)을 포함하고 있다. 이동층(21)에서 생성되는 열분해 잔사는, 유동 매체와 함께 노상 저판(30)에 도달하면, 경사진 노상 저판(30)을 따라 유동층(22)을 향한다. 유동층(22)에 도달한 열분해 잔사는, 격렬하게 유동하는 유동 매체와 접촉하여 미연물이 불연물로부터 박리되며, 미연물이 박리하고 남은 불연물은 일부의 유동 매체와 함께 불연물 배출구(17)로부터 배출된다.

한편, 불연물로부터 박리된 미연물은, 유동화 공기가 공급되는 데 수반하여 유동하는 유동 매체와 함께 상방으로 이동한다. 이때, 미연물은, 공급된 유동화 공기에 의하여 연소가 행해져, 유동 매체를 가열하면서 연소 가스를 발생시키고, 기체에 반송될 정도의 미세한 미연물 및 회분의 입자로 된다. 유동층(22)의 상부에 도달한 고온의 유동 매체의 일부는 이동층(21)에 유입된다. 유동 매체는, 유동층(22)에 있어서, 이동층(21)에 유동했을 때 연료의 열분해를 적절히 행할 수 있는 온도로 상승시킬 수 있다. 이동층(21)에 유입된 유동 매체는 다시 공급된 연료를 받아들여, 상술한 이동층(21) 및 유동층(22)에 있어서의 열 반응을 반복한다. 이동층(21)의 온도는 700 내지 900℃로 유지되고, 유동층(22)의 온도는 700 내지 900℃로 유지된다.

또한 유동층(22)의 상부의 고온의 유동 매체의 일부는, 구획벽(13)의 상부를 넘어 열 회수실(15)에 인입된다. 연소실(14)과 열 회수실(15) 사이에는, 열 회수실(15)을 둘러싸도록 다수의 스크린 수관(2)이 대략 수직 방향으로 설치되어 있으며, 유동 매체는 이들 스크린 수관(2) 사이를 통하여 열 회수실(15)에 인입되도록 되어 있다. 열 회수실(15)에 인입된 유동 매체는, 상방으로부터 하방으로 이동하는 유동상(23)을 형성한다. 열 회수실(15)의 노상 저판(31)은 노 본체(12)의 내벽측으로부터 연소실측을 향하여 하방으로 경사져 있으며, 열 회수실(15)의 하부에는 개구부(18)가 형성되고, 열 회수실(15)에 인입된 유동 매체는 유동상(23)을 형성하면서 침강하여, 개구부(18)로부터 연소실(14)로 순환한다. 열 회수실(15)에 인입되는 유동 매체의 온도는 700 내지 900℃인데, 열 회수실(15)의 유동상(23) 내에는 층 내 전열관(16)이 배치되어 있으며, 고온으로 된 유동 매체는 하방으로 이동하면서 층 내 전열관(16)과 접촉하고, 층 내 전열관(16) 내의 유체(보일러수)는 유동 매체와 열교환을 행함으로써 유동 매체로부터 열을 회수한다. 유동상(23)의 노상 저판(31)의 산기 노즐로부터 분출시키는 유동화 공기의 공기량을 2 내지 4u₀/u_mf로 제어함으로써, 층 내 전열관(16)의 열 회수량을 제어할 수 있다. 연소실(14)로 순환된 유동 매체는 유동층(22)에 합류하여 유동층(22)의 유동 매체와 함께 상승하고, 일부의 유동 매체는 다시 열 회수실(15)에 인입되어 상술한 층 내 전열관(16) 내의 유체와의 열교환을 반복한다.

본 발명에 관한 전열관을, 도 1에 도시하는 유동층 보일러(11)의 스크린 수관(2)에 적용한 실시 형태에 대하여, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 관한 전열관의 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다. 도 4는, 도 2 및 도 3에 도시하는 전열관의 조립 수순을 도시하는 분해 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 전열관(1)은, 내부에 유체(보일러수)가 흐르는 원통형의 수관(스크린 수관)(2)과, 수관(2)의 원주면의 일부를 둘러싸도록 설치된 コ자형의 후육 프로텍터(3)와, 후육 프로텍터(3)의 반대측에 있어서 수관(2)의 원주면을 둘러싸도록 설치된 단면 U자형의 박육 프로텍터(4)와, 박육 프로텍터(4)를 위로부터 가압한 상태에서 후육 프로텍터(3)에 감합으로 고정되어 있는 단면 U자형의 고정 지그(5)를 구비하고 있다. 즉, 수관(2)의 전체 주위는 후육 프로텍터(3)와 박육 프로텍터(4)에 의하여 둘러싸여 보호되어 있다. 후육 프로텍터(3)의 두께는 10㎜ 내지 50㎜이고, 박육 프로텍터(4)의 두께는 2㎜ 내지 6㎜이다.

연소실(14)과 열 회수실(15)을 구획하는 스크린 수관(2)은, 부식 환경 및 마모 조건 모두 연소실측이 극심해진다. 더 극심한 연소실측은 주물로 제작한 후육 프로텍터(3)로 전체면을 보호하였다. 한편, 조건이 비교적 온화한 열 회수실측은 박육 프로텍터(4)로 보호하며, 고정 지그(5)는 박육 프로텍터(4)를 가압하기 위하여 필요 최소한의 크기로 하고 있다. 이것에 의하여 후육 프로텍터(3)와 고정 지그(5)의 감합부에서 발생하는 응력을 억제하여, 후육 프로텍터(3)의 깨짐을 방지할 수 있다. 또한 아울러 전체 중량이 저감되어 메인터넌스성도 향상된다. 또한 작업성 효율의 향상의 관점에서, 더 가볍게 하기 위하여 1개의 고정 지그(5)의 크기를 작게 하며, 고정 지그(5)는 전체로서 2단 구조로 되어 있다.

본 발명에 있어서는, 후육 프로텍터(3) 및 고정 지그(5)는 SCS13, SCS14, SCS18, SCH13, SCH21, SCH22 등의 스테인레스계 주물 또는 내열 주강으로 하고, 박육 프로텍터(4)는 SUS304, SUS310, SUS316 등의 스테인레스강이나 SS400 등의 철강으로 형성한다. 본 실시 형태에 있어서는, 제조 비용 및 설치의 용이성을 고려하여 후육 프로텍터(3)는 주물로, 박육 프로텍터(4)는 SUS310 스테인레스강의 판재로 제조하고 있다.

본 발명자들은, 유동층 내의 분위기에 노출되는 박육 프로텍터(4)와 스크린 수관(2)이 직접 접촉하면 금속 표면 온도가 저하되고, 분위기에 노출되는 부분에서 부식 마모 두께 감소가 촉진되는 것을 발견했기 때문에, 박육 프로텍터(4)와 스크린 수관(2) 사이에 단열층을 형성하여 과도한 냉각을 방지하도록 하고 있다. 박육 프로텍터(4)와 수관(2) 사이에 형성하는 단열층은 단열재나 단열 캐스터블 등으로 형성하며, 단열층에 유동 매체가 유입되는 것을 방지한다. 이 경우, 단열재의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 페이퍼상, 섬유상, 분말상, 벌크상이어도 된다. 본 실시 형태에서는, 단열층으로서 단열 페이퍼(6)를 채용하고 있다. 단열층을 공기층으로 하는 경우에는, 단열층에의 유동 매체의 유입을 방지하기 위하여, 후육 프로텍터(3)나 박육 프로텍터(4)의 상방에 주물이나 철강 등으로 형성한 갓을 설치해도 된다. 단열층의 두께는 0.25㎜ 이상이 바람직하다. 박육 프로텍터(4)를 2중 구조로 하여 2중 구조의 박육 프로텍터와 박육 프로텍터 사이에 단열층을 형성해도 된다. 박육 프로텍터(4)의 표면 온도를 상승시키기 위하여 박육 프로텍터에 핀을 설치해도 된다.

본 발명에 있어서는, 후육 프로텍터(3)와 고정 지그(5)를 감합 구조로 고정함으로써, 용접하지 않고 간편히 설치하는 것을 가능하게 하였다. 후육 프로텍터(3) 또는 고정 지그(5) 중 한쪽에 가이드 홈을 형성하고, 이 가이드 홈에 고정 지그(5) 또는 후육 프로텍터(3)의 돌기부를 감합하는 구조로 한다. 단, 가이드 홈을 형성한 부분에 열응력이 발생하기 때문에, 깨짐 방지의 관점에서, 면적이 큰 후육 프로텍터측에 가이드 홈을 형성하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 단면 コ자형의 후육 프로텍터(3)는 양 측부의 내면에 가이드 홈(3g, 3g)을 구비하고 있고, 단면 U자형의 고정 지그(5)는 개구측의 양 측부에 돌기부(5a, 5a)를 구비하고 있다. 그리고 고정 지그(5)의 돌기부(5a, 5a)가 후육 프로텍터(3)의 가이드 홈(3g, 3g)에 감합됨으로써, 고정 지그(5)는 후육 프로텍터(3)에 고정되도록 되어 있다. 또한 고정 지그(5) 및 후육 프로텍터(3)에 홀을 형성하고 볼트·너트로 고정해도 된다.

고정 지그(5)가 크면, 프로텍터(3, 4)를 포함한 전체가 무거워져 취급이 곤란해짐과 함께, 가이드 홈부에 발생하는 열응력이 커지기 때문에, 작은 편이 바람직하며, 고정 지그(5)에 의하여 박육 프로텍터(4)가 커버되는 부분의 면적은, 박육 프로텍터(4)의 외주면의 면적의 50% 이하, 바람직하게는 30% 이하로 한다. 또한 고정 지그(5)에 의하여 박육 프로텍터(4)가 커버되는 부분의 면적은, 박육 프로텍터(4)의 외주면의 면적의 20% 이상으로 한다. 고정 지그(5)는 1단이어도, 복수 단이어도 무방하다. 메인터넌스 시에는 박육 프로텍터 또는 단열층 등 필요한 부분만 교환할 수 있다.

다음으로, 프로텍터의 스크린 수관(2)에의 설치 수순에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 처음에 단열 페이퍼(6)를 스크린 수관(2)에 권회하고, 그 후, 후육 프로텍터(3)와 박육 프로텍터(4)를 조합하고, 마지막으로 후육 프로텍터(3)에 형성된 가이드 홈(3g)에 고정 지그(5)의 돌기부(5a)를 감합함으로써, 후육 프로텍터(3)에 고정 지그(5)를 설치한다.

도 2 내지 도 4에 도시하는 본 발명의 구조, 및 박육 프로텍터 대신 후육 프로텍터와 동일한 크기의 고정 지그를 사용한 경우(비교예 1), 박육 프로텍터와 수관 사이에 단열층을 형성하지 않은 경우(비교예 2)를 나열하여 실기로 평가하였다. 실증 결과의 정리를 표 1에 기재한다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 깨짐에 대하여 본 발명품 및 비교예 2에서는 문제는 없었지만, 비교예 1에서는 깨짐이 보였다. 두께 감소에 대해서는, 어느 것도 후육 프로텍터 및 고정 지그에 대해서는 두께 감소율이 근소하여, 충분한 수명이 예상되었다. 한편, 박육 프로텍터에 대해서는, 단열층을 형성하지 않는 비교예 2에서는, 고정 지그가 없는 환경에 노출된 부분에서 심한 두께 감소가 보였다. 또한 본 발명품에서는, 프로텍터는 충분한 두께가 잔존하였으며, 프로텍터로서의 충분한 수명을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 메인터넌스성에 대해서는, 비교예 2가 가장 용이하며, 본 발명품은 비교예 2에 비하여 단열 페이퍼를 설치하는 작업만큼 공정 수가 증가하지만, 큰 수고는 아니다. 한편, 비교예 1은 중량이 있는 후육 프로텍터와 고정 지그를 조합하기 때문에 작업성이 나쁘고, 또한 운전 중에 인입된 유동 매체에 의하여, 제거에도 수고가 드는 결과로 되었다.

이상과 같이, 본 발명품은 종합적으로 판단하여 내구성이나 메인터넌스성이 우수한 것을 실증하였다.

지금까지 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 그 기술 사상의 범위 내에서 다양한 상이한 형태로 실시되어도 됨은 물론이다.

1: 전열관
2: 스크린 수관
3: 후육 프로텍터
3g: 가이드 홈
4: 박육 프로텍터
5: 고정 지그
5a: 돌기부
6: 단열 페이퍼
11: 유동층 보일러
12: 노 본체
13: 구획벽
14: 연소실
15: 열 회수실
16: 층 내 전열관
17: 불연물 배출구
18: 개구부
20: 유동상
21: 이동층
22: 유동층
23: 유동상
30: 노상 저판
31: 노상 저판
32: 공기 상자
33: 공기 상자

Claims

연소실과 열 회수실로 분할되는 유동층 보일러의 유동층 내에서 사용하고, 상기 연소실과 상기 열 회수실을 구획하는 전열관에 있어서,
상기 전열관은,
내부에 유체가 흐르는 원통형의 수관과,
상기 수관의 원주면의 일부를 둘러싸며, 연소실측을 향하는 수관의 외주측에 설치되는, 상기 수관을 보호하기 위한 주물제의 후육 프로텍터와,
상기 후육 프로텍터의 반대측에 있어서 상기 수관의 원주면을 둘러싸며, 열 회수실측을 향하는 수관의 외주측에 설치되는, 상기 수관을 보호하기 위한 박육 프로텍터와,
상기 수관과 상기 박육 프로텍터 사이에 형성되는 단열층과,
고정 지그로 구성되며,
상기 후육 프로텍터의 두께는, 상기 박육 프로텍터의 두께보다 크고,
상기 연소실 내의 상기 유동층의 유동 매체가 다수의 전열관 사이를 통하여 열 회수실로 인입되고,
상기 고정 지그를 상기 후육 프로텍터에 고정하고, 상기 고정 지그로 상기 수관의 외주측에 설치된 상기 박육 프로텍터를 가압하도록 한 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러의 전열관.
제1항에 있어서,
상기 고정 지그를 상기 후육 프로텍터에 감합 구조로 고정한 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러의 전열관.
제2항에 있어서,
상기 감합 구조는, 상기 고정 지그 및 상기 후육 프로텍터 중 한쪽에 형성된 가이드 홈과, 상기 고정 지그 및 상기 후육 프로텍터 중 다른 쪽에 형성된 돌기부로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러의 전열관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단열층은, 상기 단열층에의 유동 매체의 침입을 방지하기 위해 단열재 또는 단열 캐스터블로 형성하는 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러의 전열관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박육 프로텍터를 2중 구조로 하여 상기 박육 프로텍터 사이에 별도의 단열층을 형성한 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러의 전열관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단열층은 단열 페이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러의 전열관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정 지그는 주물제인 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러의 전열관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정 지그로 커버되는 상기 박육 프로텍터의 부분의 면적은, 상기 박육 프로텍터의 외주면의 면적의 50% 이하인 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러의 전열관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박육 프로텍터에 핀을 설치한 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러의 전열관.
연료를 유동층 내에서 연소시키고 연소열을 전열관에서 회수하는 유동층 보일러에 있어서,
상기 전열관은, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 전열관인 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러.
제10항에 있어서,
상기 유동층 보일러는, 연료를 연소시키기 위한 연소실과, 층 내 전열관이 배치되고 연소열을 회수하는 열 회수실을 구비하며, 열 회수실의 유동화 공기의 공기량을 u₀/u_mf=2.0 내지 4.0으로 하여 유동 매체가 상기 연소실과 상기 열 회수실을 순환하는 내부 순환 유동층 보일러이고,
상기 u₀는 공탑 속도이고, 상기 u_mf는 최저 유동화 공탑 속도인 것을 특징으로 하는, 유동층 보일러.