KR102536907B1

KR102536907B1 - 바이오매스 반탄화용 증기 보일러

Info

Publication number: KR102536907B1
Application number: KR1020220162582A
Authority: KR
Inventors: 진균하
Original assignee: (주)이씨티
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-05-26

Abstract

본 발명은 바이오매스 반탄화용 증기 보일러에 관한 것으로, 연소실 내부에 메인차단망을 형성하여 버너의 화염 불꽃이 일정 폭 이상으로 확산하는 것을 억제하도록 함과 동시에 하단에 화염 불꽃의 끝단을 안전하게 가이드하는 보조차단망을 구비하고, 증기히팅관의 증기유입부분과 인접하는 증기히팅관의 증기배출부분을 재열유도관으로 연통시키되 연통부분을 유입조절밸브와 배출조절밸브를 결합한 고온증기를 생성할 수 있도록 구성하므로, 화염 불꽃을 메인차단망 및 보조차단망이 이를 효율적으로 가이드하여 메인차단망의 내측으로 유도하므로 증기히팅관을 효율적으로 보호할 뿐만 아니라 이로 인하여 강력한 화력을 사용이 용이하고 화염 불꽃과 근접한 설계가 가능하므로 소형화에 유리하며, 증기히팅관의 증기유입부분과 인접하는 증기히팅관의 증기배출부분을 연통한 재열유도관에 결합시켜 히팅한 고온 증기를 재히팅하여 초고온의 증기를 선택적으로 얻을 수 있는 것이다.

Description

바이오매스 반탄화용 증기 보일러{steam boiler for biomass torrefaction}

본 발명은 바이오매스 반탄화용 증기 보일러에 관한 것으로, 상세하게는 바이오매스 반탄화를 위한 고온을 증기를 효율적으로 조절하여 제공할 수 있도록 하는 바이오매스 반탄화용 증기 보일러에 관한 것이다.

보일러(Boiler)는 연료의 연소열을 물 등에 전달하여 온도와 압력이 높은 증기를 발생시키는 장치이다.

이러한 보일러는 화력발전소나 선박 등의 증기기관 또는 각종 공장의 작업용이나 난방용 장치 등에 증기를 공급하는 데 사용된다.

더욱이 보일러는 구조상 여러 종류로 나누어지고, 그 중에서 강제순환식 보일러에 해당하는 관류보일러는 수관 및 긴 관 등을 휘어서 만든 관만의 보일러로서, 강제 관류 보일러라고도 하는데, 긴 관의 한쪽 끝에서 급수하고 펌프로 압송하여 도중에서 차례로 가열, 증발 및 과열되어 관의 다른 한쪽 끝에서 과열증기가 송출되는 형식의 보일러이다.

관류보일러는 고압증기의 발생에 적합하고, 특히 초임계압 보일러인 경우에는 강제순환식 보일러의 일종이다.

일반적으로 압력을 일정하게 해 두고 액체를 가열하면 온도가 올라가고, 일정온도에 달하면 증발하기 시작한다.

이 경우 다시 가열하더라도 전부가 증발할 때까지는 온도가 변하지 않고 액체와 증기가 공존한다.

이것을 습윤포화증기(濕潤飽和蒸氣)라 하고, 전부 증기가 되어 버린 것을 건조포화증기라 한다.

건조포화증기를 다시 가열하면 증기의 온도는 상승하는데, 이것을 과열증기(過熱蒸氣, Superheated Vapor)라 한다.

이 증기를 이용하면 보일러나 엔진 또는 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다.

더욱이 과열증기는 물을 비등시켜 발생한 증기에 압력을 가하지 않고 가열하여 생성된 100℃ 이상의 고온 무색의 투명한 기체이다.

공기에 의한 전열은 대류전열에 한하지만, 과열증기는 대류전열에 추가로 방사전열과 응축전열에 의한 전열을 함으로써 열효율이 높아 음식의 조리에 매우 효과적이다.

그리고 통상 대류전열의 경우에는 과열증기의 전열속도가 가열공기에 비하여 약 10배 정도 빠르다. 특히 저 산소상태에서 열처리함으로써 피 가열물의 산화 및 연소를 억제할 수 있다. 그리고 일반적인 과열기(Superheater)는 가압된 압력10kg/㎤G 시 183.3℃의 증기를 생산하고, 통상적으로는 7~8kg/㎤G 시 170℃의 증기를 생산하게 된다.

한편, 저압의 과열증기를 생산하기 위해서는 1차 가열된 증기를 버너로 직접 가열하거나 히터를 이용하여 축온재 등을 간접 가열하는 방법과 전자유도 가열하는 방식이 있다.

이와 같은 과열증기를 발생시키는 증기발생장치로서, 특허출원 제2004-0054539호(관류보일러)는 저압의 고온 과열증기를 발생하는 장치가 있다.

이는 보일러의 연소실 내에 나선형 과열기를 장착하여 1개의 버너로 가열 및 재가열하는 일체형 구조이고, 증발량이 30kg/h 로서 증기온도는 541.9℃ 이며, 증기압력은 0.12kg/㎤ 로 증기를 생산하는 비용이 적다.

종래의 기술로는 특허등록 제10-0910594호(명칭: 보일러 승온장치) 등이 있으나 화염 불꽃으로 히팅관의 근접 설계가 거의 불가능하고 다량의 증기 공급에 한계가 있는 것이다.

따라서 본 발명의 주 목적은 다량의 증기를 신속하게 승온할 수 있도록 함과 동시에 히팅관을 최근접하여 설치하므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 바이오 매스 반탄화용 증기 보일러를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 화염 불꽃이 증기히딩관에 직접 닫는 것을 방지하여 증기히팅관의 훼손을 억제하여 장기간 사용할 수 있도록 하는 바이오매스 반탄화용 증기 보일러를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고온의 증기를 재차 히팅하여 편리하고 간편하게 초고온의 증기를 얻을 수 있도록 하여 반탄화 연료에 따라 선택적으로 증기의 온도를 승온할 수 있도록 하는 바이오매스 반탄화용 증기 보일러를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바이오매스 반탄화용 증기 보일러는 연소실 내부에 메인차단망을 형성하여 버너의 화염 불꽃이 일정 폭 이상으로 확산하는 것을 억제하도록 함과 동시에 하단에 화염 불꽃의 끝단을 안전하게 가이드하는 보조차단망을 구비하고, 증기히팅관의 증기유입부분과 인접하는 증기히팅관의 증기배출부분을 재열유도관으로 연통시키되 연통부분을 유입조절밸브와 배출조절밸브를 결합한 고온증기를 생성할 수 있도록 구성함을 그 기술적 구성상 기본 특징으로 한다.

따라서 본 발명의 바이오매스 반탄화용 증기 보일러는 증기를 증기히팅관을 각각 거치면서 재히팅시켜 고온의 증기를 대량으로 생성함과 동시에 코일 형상의 증기히팅관을 화염 불꽃에 근접시켜 열효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것으로, 화염 불꽃을 메인차단망 및 보조차단망이 이를 효율적으로 가이드하여 메인차단망의 내측으로 유도하므로 증기히팅관을 효율적으로 보호할 뿐만 아니라 이로 인하여 강력한 화력을 사용이 용이하고 화염 불꽃과 근접한 설계가 가능하므로 소형화에 유리하며, 증기히팅관의 증기유입부분과 인접하는 증기히팅관의 증기배출부분을 연통한 재열유도관에 결합시켜 히팅한 고온 증기를 재히팅하여 초고온의 증기를 선택적으로 얻을 수 있는 것인 바, 이로 인하여 다량의 증기를 신속하게 승온할 수 있도록 함과 동시에 히팅관을 최근접하여 설치하므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 기기의 훼손을 억제하여 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 바이오매스 반탄화용 증기 보일러를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2 는 본 발명에 따른 바이오매스 반탄화용 증기 보일러의 화염 불꽃 차단 부분을 나타낸 정면도.
도 3 은 본 발명에 따른 바이오매스 반탄화용 증기 보일러의 증기히팅관을 나타낸 정면도.
도 4 는 본 발명에 따른 바이오매스 반탄화용 증기 보일러의 증기히팅관을 나타낸 평면도.
도 5 는 본 발명에 따른 바이오매스 반탄화용 증기 보일러의 고온 증기 기본 라인 나타낸 계통도.
도 6 은 본 발명에 따른 바이오매스 반탄화용 증기 보일러의 고온 증기 추가 승온 라인 나타낸 계통도.
도 7 은 본 발명에 따른 바이오매스 반탄화용 증기 보일러의 고온 증기 최고 승온 라인 나타낸 계통도.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 7 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바이오매스 반탄화용 증기 보일러(100)는 내부에 메인차단망(112)을 형성하여 버너(111)의 화염 불꽃이 일정 폭 이상으로 확산하는 것을 억제하도록 함과 동시에 하단에 화염 불꽃의 끝단을 안전하게 가이드하는 보조차단망(114)을 구비한 연소실(110), 및 상기 연소실(110)의 내부에 다수의 증기히팅관(122)을 형성하고 각각의 증기히팅관(122)의 증기유입부분과 증기배출부분을 재열유도관(124a,124b,124c)으로 연통시키되 연통부분에 유입조절밸브(125a,125b,125c)와 배출조절밸브(126a,126b,126c)를 결합한 고온증기생성부(120)로 구성한다.

상기 연소실(110)은 버너(111)를 구비하여 내부로 화염 불꽃을 분사하므로 열에너지를 얻을 수 있도록 하는 것으로 연소가스를 외부로 배출하는 연소가스배출구(115)를 형성한다.

특히 연소실(110)의 상부에는 호리병 형상으로 화염 불꽃 확산억제돌출부(113)를 형성한 메인차단망(112)을 결합하여 고온증기생성부(120)의 증기히팅관(122)을 내 주연에 하향으로 형성하므로 화염 불꽃의 중앙부분(폭이 큰 화염 불꽃) 확장을 효율적으로 억제하면서 화염 불꽃을 상하로 유도하여 고온증기생성부(120)의 증기히팅관(122)을 보호 할 수 있도록 함이 바람직하다.

더욱이, 연소실(110)의 하부에 일정높이의 테두리를 형성한 접시형상의 보조차단망(114)을 형성하여 화염 불꽃의 끝이 부딪혀 외향으로 번지는 것을 내부로 유도하도록 한다.

여기서 보조차단망(114)의 상부를 메인차단망(112)의 내부에 삽입하여 일부 중첩하도록 하므로 강한 화염 불꽃의 번짐 형상에도 고온증기생성부(120)의 증기히팅관(122)을 효율적으로 보호함과 동시에 화염 불꽃을 차단하여 내측으로 유도할 수 있도록 한다.

따라서 연소실(110) 내부의 증기히팅관(122)을 화염 불꽃으로부터 직접 부딪힘을 방지하여 고온에서도 충분하게 보호 할 수 있도록 하는 것이다.

상기 고온증기생성부(120)는 연소실(110)의 내부에 코일 형상의 증기히팅관(122)을 복수로 형성하므로 대량의 증기를 신속하게 승온시킬 수 있도록 하는 것으로, 증기히팅관(122)의 증기유입부분과 인접하는 증기히팅관(122)의 증기배출부분을 재열유도관(124a,124b,124c)으로 순차적으로 연통시킨다.

여기서 증기히팅관(122)의 증기유입부분과 인접하는 증기히팅관(122)의 증기배출부분을 연통한 재열유도관(124a,124b,124c)의 연결부분에 유입조절밸브(125a,125b,125c)와 배출조절밸브(126a,126b,126c)를 결합하여 히팅한 증기를 단속하도록 한다.

더불어, 고온증기생성부(120)의 증기히팅관(122) 유입 측에 증기공급관(121, 121a,121b,121c)을 연통시켜 연장하고 증기히팅관(122)의 배출 측에 승온증기배출관(123,123a,123b,123c)를 연통시켜 연장하도록 하되, 증기공급관(121, 121a,121b,121c)과 승온증기배출관(123,123a,123b,123c)를 재열유도관(124a,124b,124c)으로 연결하여 연통함이 바람직하다.

이러한 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 증기공급관(121, 121a,121b,121c)으로 부터 공급되는 1차 히팅 상태의 증기를 증기히팅관(122)을 각각 거치면서 재히팅시켜 고온의 증기를 대량으로 신속하게 생성할 수 있도록 하는 것으로, 코일 형상의 증기히팅관(122)을 화염 불꽃에 근접시켜 열효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

특히 버너(111)의 화염 불꽃을 크게 형성하더라도 메인차단망(112)이 이를 효율적으로 차단하여 증기히팅관(122)에 화염불꽃이 직접 부딪치는 것을 억제하도록 함과 동시에 강력한 화염 불꽃으로 바닥면에서 화염 불꽃이 번지더라도 보조차단망(114)이 이를 효율적으로 가이드하여 메인차단망(112) 내측으로 유도하므로 증기히팅관(122)을 효율적으로 보호할 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같이 화염 불꽃을 효율적으로 제어하므로 강력한 화력을 사용이 용이하고 화염불꽃과 근접한 설계가 가능하므로 소형화에 유리하다.

한편, 증기히팅관(122)의 증기유입부분과 인접하는 증기히팅관(122)의 증기배출부분을 연통한 재열유도관(124a,124b,124c)에 결합시킨 유입조절밸브(125a,125b,125c)와 배출조절밸브(126a,126b,126c)를 조절하여 증기히팅관(122)에서 히팅한 고온의 증기를 재차 인접하는 증기히팅관(122)의 증기 유입 측으로 이송하여 재히팅 할 수 있도록 하므로 일정온도 이상의 고온의 증기를 선택적으로 얻을 수 있는 것이다.

특히 필요에 따라 유입조절밸브(125a,125b,125c)와 배출조절밸브(126a,126b,126c)를 조절하여 증기히팅관(122)으로 모두를 순차적으로 거쳐 고온의 증기를 단계적으로 승온하므로 초고온의 증기를 선택적으로 얻을 수 있도록 하므로 연료의 종류에 따른 바이오매스 반탄화를 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 것이다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시 예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 증기보일러
110 : 연소실 111 : 버너
112 : 메인차단망 113 : 확삭억제돌출부
114 : 보조차단망 115 : 연소가스배출구
120 : 고온증기생성부 121,121a,121b,121c : 증기공급관
122 : 증기히팅관 123,123a,123b,123c : 승온증기배출관
124a,124b,124c : 재열유도관 125a,125b,125c : 유입조절밸브
126a,126b,126c : 배출조절밸브

Claims

내부에 메인차단망(112)을 형성하여 버너(111)의 화염 불꽃이 일정 폭 이상으로 확산하는 것을 억제하도록 함과 동시에 하단에 화염 불꽃의 끝단을 안전하게 가이드하는 보조차단망(114)을 구비한 연소실(110), 및 상기 연소실(110)의 내부에 다수의 증기히팅관(122)을 형성하고 각각의 증기히팅관(122)의 증기유입부분과 증기배출부분을 재열유도관(124a,124b,124c)으로 연통시키되 연통부분에 유입조절밸브(125a,125b,125c)와 배출조절밸브(126a,126b,126c)를 결합한 고온증기생성부(120)로 구성하되,
상기 연소실(110)은 상부에 호리병 형상으로 화염 불꽃 확산억제돌출부(113)를 형성한 메인차단망(112)을 결합하고, 연소실(110)의 하부에 높이를 갖는 테두리를 형성한 접시형상의 보조차단망(114)을 형성하여 증기히팅관(122)을 보호하도록 하고,
상기 고온증기생성부(120)는 증기히팅관(122)의 증기유입부분과 인접하는 증기히팅관(122)의 증기배출부분을 재열유도관(124a,124b,124c)으로 순차적으로 연통시키되, 증기히팅관(122)의 증기유입부분과 인접하는 증기히팅관(122)의 증기배출부분을 연통한 재열유도관(124a,124b,124c)의 연결부분에 유입조절밸브(125a,125b,125c)와 배출조절밸브(126a,126b,126c)를 결합하여 히팅한 증기를 단속하도록 구성한 것을 특징으로 하는 바이오매스 반탄화용 증기 보일러.
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