KR19990000051A - 배기가스 폐열회수용 고체입자 순환유동층 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업체의 보일러 등의 요로로 부터 배출되는 오염물질을 다량으로 포함하고 있는 고온의 배기가스로부터 폐열을 효율적으로 회수할 수 있는 전열관의 오염축적의 가능성을 줄인 고체입자를 이용한 순환유동층 폐열회수용 열교환기이다.

수직전열관 배열 밑에 다공으로된 분배판을 설치하여 모래나 석회석과 같은 고체입자의 순환유동층을 형성하여 전열면에서의 전열을 촉진하고 고체입자 순환유동층의 청소기능을 이용하여 전열면의 오염물질의 축적 가능성을 줄일 수 있다. 그리고 유동되는 고체입자로서 석회석 등을 사용하는 경우에는 배기가스에 함유된 산성의 부식성가스를 중화시켜 전열면에서의 부식현상을 감소시켜 대기오염을 줄이는 효과를 갖는다.

따라서 일반 열교환기에서의 오염으로 인한 전열효율의 감소를 방지하고 전열면에서의 오염물질의 청소를 위한 별도의 작업이 줄어들게 되는 동시에 전열면의 부식의 방지로 열교환기의 수명이 증대되어 폐열회수의 경제성이 향상되게 한 것이다.

Description

배기가스 폐열회수용 고체입자 순환유동층 열교환기

본 발명은 산업체의 보일러 등의 요로로부터 배출되는 다량의 오염물질을 함유한 고온의 배기가스로 부터 효율적으로 폐열을 회수하기 위한 자체적인 청소기능을 가진 고체입자를 이용한 폐열회수용 순환유동층 열교환기에 관한 것이다. 종래에는 산업체 요로로부터 배출되는 배기가스의 폐열회수용 열교환기에서는 배기가스내에 함유된 오염물질과 부식성의 가스성분이 열교환기의 전열면에 오염물질이 축적되어 전열 효율을 감소시키고 또한 심한 경우에는 배기가스의 유로를 막는 현상이 발생할 수 있다. 그리고 부착된 오염물질로 인하여 전열면의 재질의 부식현상을 일으킬 수 있는 문제점을 해결하지 못하였으며, 또한 열교환기 전열면에서의 오염물질을 제거하기 위하여 시스템을 정지하고 청소하게 되어 시스템의 생산성에 악영향을 가져온다.

본 발명은 위에서 설명한 문제점을 해결하기 위하여 열교환기의 수직 배열관 배열의 하부의 배기가스 통로에 다공분배판을 설치하고 분배판과 수직전열관 사이의 공간에 고체입자를 공급시켜 배기가스 공급시에 고체입자 유동층이 형성되게 하므로서 열교환기의 수직상승관을 통하여 고체입자는 배기가스와 함께 유동화되면서 상승하여 열교환기의 상부로 유입된다. 열교환기의 상부에서 배기가스는 고체입자와 분리되어 열교환기의 출구를 통하여 배출되며 고체입자는 자중에 의하여 배기가스와 분리되어 다시 수직하강관을 통하여 열교환기의 하부 유동층부인 공간부로 이송된다. 따라서 고체입자는 열교환기의 수직전열관 배열내에서 유동화되어 자동적으로 순환하게 되므로 전열면의 경계층을 교란하여 열전달을 증대시키는 동시에 고체입자의 유동화에 의한 전열면의 청소기능이 발생되므로 전열면에 오염물질의 축적을 억제하는 역할을 하게 하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예시도의 종단면도

도 2은 본 발명의 실시예시도의 A-A선 단면도

도 3은 본 발명의 실시예시도의 B-B선 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:열교환기 동체2:배기가스 유입구

3:배기가스 배출구4:분배판

5:배기가스 분배실6:열교환기 수직상승관

7:열교환기 수직하강관8:고체입자 분리실

9:냉각유체 입구10:가열유체 출구

11:고체입자 저장탱크13:고체입자 분리장치

14,14a:배열격판

위에서 설명한 바와 같이 된 본 발명을 실시 예시도에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

열교환기 동체(1)의 하단부에 배기가스 유입구(2)를 형성하고 상단부에 배기가스 배출구(3)를 형성한 내부 중앙부에 전열 배기가스 수직상승관(6)을 설치하여 수직상승관(6)의 상부에 위치되도록 열교환기 동체(1)에 냉각유체입구(9)를 형성하고 수직상승관(6)의 하부에 위치되도록 열교환기 동체(1)에 가열유체 출구(10)를 형성한 것에 있어서 수직상승관(6)을 배열격판(14)(14a)보다 상하로 길게 연장시켜 설치하고 배열격판(14)(14a)의 중앙에는 수직하강관(7)을 설치하되 양단면이 배열격판(14)(14a)의 상, 하면과 평면이 유지되게 하고 수직상승관(6)의 하부에 일정간격을 두고 다수의 통공(4a)이 뚫린 분배판(4)을 설치하여 형성된 분배실(5)의 내부에 형성하여 모래나 석회석과 같은 고체입자를 일정량 충진시키고 상부배열격판(14) 상부에는 분리실(8)을 형성하므로서 산업체의 보일러 등의 요로로 부터 배출되는 오염물질을 다량으로 포함하고 있는 고온의 배기가스가 배기가스 유입구(2)를 통하여 유입하게 되면 다수의 통공(4a)이 뚫린 분배판(4)을 통과하여 배기가스의 분배실(5)로 유입된다. 이 과정에서 배기가스가 분배판(4)의 다수의 통공(4a)을 통과할 때 고체입자는 배기가스 분배실(5) 내에서 유동층을 형성한다. 이와 같이 유동화된 고체입자는 수직상승관(6)으로 배기가스와 함께 유입되어 배기가스에 의하여 유동화 되면서 상승한다. 열교환기 상부의 고체입자 분리실(8)에 유입된 배기가스와 고체입자는 비중차에 의하여 분리된다. 이때 분리실(8)의 상부에 고체입자 분리장치(13)를 설치하므로서 더욱 효과적으로 배기가스와 고체입자를 분리시킬 수 있다. 이와 같이 분리된 배기가스는 열교환기 상부의 배기가스 배출구(3)를 통과하여 열교환기 밖으로 배출된다. 그리고 고체입자 분리장치(13)와 비중차이에 의하여 분리된 고체입자는 수직상승관(6)의 출구가 전열관 상부 배열격판(14)보다 높게 연자설치 되어 있으므로 수직상승관(6)으로 유입되지 않고 상부 배열격판(14) 위에 도 1에서와 같이 쌓이게 된다. 어느정도 쌓이게 되면 상, 하 배열격판(14)(14a)의 중앙에 상, 하 배열격파(14)(14a)과 평면이 유지되게 설치된 수직하강관(7)을 통하여 하강되어 배기가스 분배실(5)로 유입되어 고체입자 유동층을 형성하게 된다. 따라서 고체입자는 열교환기의 수직상승관(6)과 수직하강관(7)의 수직배열 사이를 자동적으로 순환하게 된다. 이때 고온의 배기가스는 수직상승관(6)을 통과하면서 열교환기내에 공급되는 냉각유체에 의하여 냉각 되어진다. 그리고 냉각유체는 열교환기 동체(1)의 상부측면의 냉각유체의 입구(9)를 통하여 유입되어 배기가스 수직상승관(6)의 전열면을 통과하면서 가열되고 이와같이 가열된 유체는 수직상승관(6) 수직하강관(7) 배열의 하부로 내려와서 열교환기 동체(1)의 하부측면에 형성된 가열유체 출구(10)를 통하여 배출된다.

열교환기의 작동을 시작할 경우에는 먼저 배기가스기 열교환기를 통과하도록 한 다음에 고체입자저장탱크(11)에 들어있는 고체입자를 고체입자 이송장치(12)를 사용하여 열교환기 상부로 이송시켜 열교환기 내에 배열된 수직하강관(7)으로 공급시켜 분배실(5)내에서 유동층을 형성하면서 각 수직상승관(6)으로 배기가스와 함께 상승하면서 순환유동층을 형성하도록 한다.

고체입자 이송장치(12)의 작동은 배기가스측의 열교환기 압력손실을 측정하여 자동조절되도록 한다. 그리고 열교환기의 작동이 중지한 경우에는 열교환기 내의 고체입자 일부는 자중에 의하여 분배판(4)의 다수의 통공(4a)을 통과하여 고체입자 저장탱크(11)에 저장되게 한 것이다.

본 발명은 열교환기 동체(1)의 하단부에 배기가스 유입구(2)를 형성하고 상단부에 배기가스 배출구(3)를 형성한 내부 중앙부에 전열 배기가스 수직상승관(6)을 설치하여 수직상승관(6)의 상부에 위치되도록 열교환기 동체(1)에 냉각유체입구(9)를 형성하고 수직상승관(6)의 하부에 위치되도록 열교환기 동체(1)에 가열유체 출구(10)를 형성하고 수직상승관(6)의 하부에는 일정 간격을 두고 다수의 통공(4a)이 뚫린 분배판(4)을 설치하여 그 내부에 형성시킨 분배실(5)에 모래나 석회석과 같은 고체입자를 일정량 충진시키고 상부 배열격판(14) 상부에는 분리실(8)을 하므로서 산업체의 보일러 등의 요로로 부터 배출되는 오염물질을 다량으로 포함하고 있는 고온의 배기가스가 배기가스 유입구(2)를 통하여 유입하게 되면 다수의 통공(4a)이 뚫린 분배판(4)을 통과하여 배기가스의 분배실(5)로 유입된다. 이 과정에서 배기가스가 분배판(4)의 다수의 통공(4a)을 통과할 때 고체입자는 배기가스 분배실(5) 내에서 고체입자 유동층을 형성하는 동시에 열교환기의 분배격판(14a)의 하부로 연장시켜 설치된 수직상승관(6)을 통하여 고체입자는 배기가스와 함께 유동화 되면서 상승하여 열교환기 상부의 분리실(8)로 유입된다. 열교환기의 상부에서 배기가스는 고체입자와 분리되어 열교환기의 출구(3)를 통하여 배출되며 고체입자는 자중에 의하여 배기가스와 분리되어 다시 상부 배열격판(14)과 단면이 평면을 유지하고 있는 수직하강관(7)을 통하여 열교환기의 하부 유동층부인 분배실(5)로 이송된다. 이때 분리실(8)의 상부에 고체입자 분리장치(3)를 설치하므로서 더욱 효과적으로 배기가스와 고체입자를 분리시킬 수 있다. 따라서 고체입자는 열교환기의 수직상승관(6)과 수직하강관(7)의 배열내에서 유동화되어 자동적으로 순환하게 되므로 전열면의 경계층을 교란하여 열전달을 증대시키는 동시에 고체입자의 유동화에 의한 전열면의 청소기능이 발생되므로 전열면에 오염물질의 축적을 억제하는 역할을 할 수 있다. 여기에 사용되는 고체입자로서는 모래나 석회석 입자를 사용하게 되는데 석회석 등의 입자를 사용할 경우에는 배기가스내의 SO_X나 NO_X와 같은 성분과 화학 반응을 일으켜 증화시키므로 배기가스의 정화작용을 한다. 또한 이러한 배기가스의 부식성분을 감소시키므로서 열교환기의 전열면의 재질의 부식현상을 억제할 수 있다.

따라서 고체입자의 순환유동층 열교환기는 열교환기 청소의 필요성을 감소시켜 별도의 청소작업이 필요하지 않거나 청소의 횟수를 줄여 열교환기의 작동시간을 증대시키므로서 시스템의 생산성을 향상시키는 동시에 전열면의 오염물질 제거와 배기가스 내의 산성성분의 중화로 인하여 열교환기의 전열관의 수명을 증대시켜 열교환기의 경제성을 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명은 산업체의 보일러 등의 요로로부터 배출되는 다량의 오염물질을 함유한 고온의 배기가스로부터 효율적으로 폐열을 회수하기 위한 자체적인 청소기능을 가진 고체입자를 이용한 폐열회수용 순환유동층 열교환기에 관한 것이다.

Claims (4)

1. 열교환기 동체(1)의 하단부에 배기가스 유입구(2)를 형성하고 상단부에 배기가스 배출구(3)를 형성한 내부 중앙부에 전열 배기가스 수직상승관(6)을 설치하여 수직상승관(6)의 상부에 위치되도록 열교환기 동체(1)에 냉각유체입구(9)를 형성하고 수직상승관(6)의 하부에 위치되도록 열교환기 동체(1)에 가열유체 출구(10)를 형성한 것에 있어서 수직상승관(6)의 하부에 다수의 통공(4a)을 뚫은 분배판(4)을 설치하여 분배실(5)을 형성하고 여기에 고체입자를 충진하므로서 배기가스가 분배판(4)에 다수 뚫은 통공(4a)을 통과할 때 분배실(5)에서 고체입자의 유동층을 형성하고 유동화된 고체입자는 배기가스와 함께 수직상승관(6)으로 유입되어 상승하고 수직상승관(6) 배열의 상부로 유입된 고체입자는 자중에 의하여 배기가스와 분리되어 수직하강관(7)을 통하여 하강되어 다시 분배판(4)위의 분배실(5)로 되돌아와 유동층을 형성하게 되어 고체입자가 열교환기의 수직상승관(6)과 수직하강관(7) 사이를 자동적으로 순환하게 한 배기가스 폐열회수용 고체입자 순환유동층 열교환기.
2. 청구항 1에 있어서 수직상승관(6)을 배열격판(14)(14a) 보다 상, 하로 길게 연장시켜 설치하고 배열격판(14)(14a)의 중앙에는 수직하강관(7)을 설치하되 양단면이 배열격판(14)(14a)의 상, 하면과 평면이 유지되게 하여서된 배기가스 폐열회수용 고체입자 순환유동층 열교환기.
3. 열교환기의 작동이 중지한 경우에는 열교환기 내의 고체입자 일부는 자중에 의하여 분배판(4)의 다수의 통공(4a)을 통과하여 고체 입자 탱크(11)에 저장되게 한 배기가스 폐열회수용 고체입자 순환유동층 열교환기.
4. 열교환기의 작동을 시작할 경우에는 먼저 배기가스와 열교환기를 통과하도록 한 다음에 고체탱크(11)에 들어있는 고체입자를 고체입자 이송장치(12)를 사용하여 열교환기 상부로 이송시켜 열교환기 내에 배열된 수직하강관(7)으로 공급시켜 분배실(5)내에서 유동층을 형성하면서 각 수직상승관(6)으로 배기가스와 함께 상승하면서 순환유동층을 형성하도록 한 배기가스의 폐열회수용 고체입자 순환유동층 열교환기.