KR20000047628A - 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상반응로 - Google Patents

바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상반응로 Download PDF

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키플린씨. 알렉산더
펠릭스 베린
미카일 마리암치크
데이비드제이 워커
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로버트 제이. 에드워즈
더 뱁콕 앤드 윌콕스 컴파니
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Abstract

본 발명은 충돌형 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로 또는 연소실에 관한 것으로, 이는 연도가스/고형물의 흐름으로부터 고형물 입자들을 수집하고, 경사지거나 대체로 수평한 평면인 바닥부를 따라 수집된 입자들을 다음 재순환을 위해 반응로 또는 연소실의 밑바닥으로 되돌려 보내게 된다.

Description

바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로 {Circulating Fluidized Bed Reactor with Floored Internal Primary Particle Separator}
본 발명은 일반적으로 충돌형 입자분리기를 갖춘 순환유동상(CFB: Circulating Fluidized Bed) 반응로 또는 연소실에 관한 것으로, 특히 향상된 충돌형 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로 또는 연소실에 관한 것이다. 이는 충돌형 1차 입자분리기를 구성하는 수집기 부재의 아래에 출구개구부를 갖춘 공동(空洞)수단 또는 호퍼를 구비하는 대신에, 단순한 바닥부가 다음 재순환을 위해 반응로 또는 연소실의 밑바닥부에 1차로 수집된 모든 고형물을 내부회귀시키도록 구비된다.
순환유동상 반응로 또는 연소실에서, 반응고형물과 무반응고형물은 반응로 구간의 상부에 있는 출구로 이들 고형물을 이동시키는 상향가스유동에 의해 반응로 구간내에서 비말동반되고, 여기서 이들 고형물은 통상 충돌형 1차 입자분리기에 의해 수집되어 직접 또는 하나 이상의 도관을 통해 반응로 구간의 밑바닥으로 되돌려 보내어진다. 반응로 구간의 출구에서 충돌형 1차 입자분리기는 통상 90% 내지 97%의 순환하는 고형물을 수집하게 된다. 공정에 필요하게 되면, 추가적인 고형물 수집기가 충돌형 1차 입자분리기의 하류에 설치되어 결과적으로 반응로 구간으로 되돌려 보내지는 추가적인 고형물을 수집하게 된다.
알렉산더 등의 미국 특허 제 5,343,830호에 기술된 바와 같이, 순환유동상 반응로 또는 연소실에서의 충돌형 입자분리기의 사용은 잘 알려져 있다. 순환유동상 반응로 또는 연소실의 일반적인 작동을 설명하는 데에 필요한 범위에서, 알렉산더 등의 미국 특허 제 5,343,830호를 참조로 하는 바, 이는 마치 여기에 완전히 설명되듯이 참조로 병합된다. 가장 초기의 순환유동상 구조에서, 엇갈린 열들로 배치된 다수의 충돌부재를 갖춘 외부충돌형 1차 입자분리기는 비기계적인 L밸브와 제 2의 멀티클론(multiclone) 입자분리기와 결합하여 사용되었다. 엇갈린 열들의 충돌부재들은 그들의 수집된 모든 고형물을 그들 아래에 위치된 저장호퍼로 방출시키고, 상기 수집된 고형물은 L밸브를 매개로 하여 반응로 구간의 밑바닥으로 되돌려 보내어진다.
이후의 순환유동상 구조는 저장호퍼 및 그 L밸브와 연결된 충돌부재들의 하류, 즉 장치를 통해 흐르는 연도가스와 고형물의 방향에 대하여 하류에 위치되는 엇갈린 열들의 추가적인 충돌부재들을 이용하였다. 마치 여기에 완전히 설명되듯이 참조로 병합된 베린 등의 미국 특허 제 4,992,085호에 기술된 바와 같이, 이러한 다수의 충돌부재들은 반응로 구간의 상부내에 위치되고, 적어도 2개의 엇갈린 열로 배치된다. 상기 충돌부재들은 매달려 있으면서 반응로 출구의 폭을 가로질러 수직하게 뻗어 있는데, 수집된 고형물들은 순환유동상 반응로 또는 연소실의 뒤쪽 구간벽을 따라 이들 수집하는 충돌부재의 아래로 방해와 이끌림 없이 떨어지게 된다. 상기 "노내의" 수집하는 충돌부재 또는 일반적으로 불리우는 것처럼 "노내의 U비임" 의 중요한 부재는 그들의 수집효율을 향상시키는 이들 충돌부재의 하부끝 근처의 배플(baffle)판이다.
전술된 알렉산더 등의 특허에 기술된 바와 같이, 순환유동상 반응로 또는 연소실은 공지되어 있는 바, 노(爐) 또는 반응로 구간내에 위치된 2열 이상의 충돌부재들 뒤에는 가스흐름으로부터 입자들을 추가로 분리시키는 엇갈린 충돌부재들의 제 2배열이 위치되어, 외부 및 내부의 재순환용 도관없이 공동수단과 입자회귀수단을 매개로 하여 입자들을 회귀시키도록 되어 있다.
훨씬 더 간단한 구조로 이루어진 순환유동상 반응로 또는 연소실은 비용이 덜 들게 되고 산업에 기꺼이 받아들여질 것이 분명하다.
본 발명은 일반적으로 순환유동상 반응로 또는 연소실의 분야에 관련된 것으로, 이는 보다 간단하고 보다 저가(低價)인 충돌형 1차 입자분리기를 구비한다. 특히, 충돌형 1차 입자분리기를 구성하는 수집부재의 아래에 출구개구부를 갖춘 공동수단 또는 호퍼를 구비하는 대신에, 단순한 바닥부가 다음 재순환을 위해 반응로 또는 연소실의 밑바닥에 1차로 수집된 모든 고형물을 내부회귀시키도록 구비된다.
가장 간단한 형태에서, 본 발명은 2열 이상의 엇갈린 충돌형 입자분리기들을 구비하는데, 그 하부끝은 단순하고 대체로 편평한 바닥부까지 또는 그 근처로 연장하게 된다. 이 바닥부는 반응로 구간쪽으로나, 순환유동상을 통한 연도가스/고형물의 흐름에 대한 아래방향으로, 또는 양쪽 방향으로 경사져 있거나, 심지어 수평하게 될 수도 있다. 상기 충돌형 입자분리기는 공지된 방식으로 작동하는데, 즉 이 충돌형 입자분리기를 수용하는 통로나 연도를 통해 흐르는 연도가스/고형물로부터 고형물을 수집하고, 이들을 그 하부끝으로 유도하게 된다. 그 후에, 상기 수집된 고형물들은 다음 형태들 중 하나로 연도로부터 중력에 의해 제거된다.
상기 바닥부가 수평에 대해 임의의 각도로 경사져 이 바닥부가 순환유동상의 반응로 구간쪽으로 기울어져 있으면, 분리된 고형물 입자들은 바닥부를 미끄러져 내려가서, 그 뒤쪽 구간벽을 따라 반응로 구간으로 미끄러지게 된다. 상기 바닥부가 경사져 통로나 연도를 통하는 연도가스/고형물의 흐름에 대해 하류방향쪽으로 아래로 기울어져 있으면, 분리된 고형물 입자들은 연도가스/고형물의 흐름의 방향으로 바닥부를 미끄러져 내려가게 되는데, 이들은 하류의 공동부나 호퍼 또는 수집용 이동통에 수집되어 결국에는 반응로 구간의 밑바닥으로 되돌아갈 수 있게 된다. 어떤 경우에는, 상기 바닥부가 첨단부를 구비하여 고형물 입자들이 반응로 구간쪽과 하류방향쪽 모두로 미끄러져 내려가기가 용이하게 되어 있다. 또 다른 경우에는, 바닥부의 경사각(α)이 일반적으로 상기 분리된 고형물에 대한 안정각(αR)보다 크거나 같게 되도록 선택된다.
하지만, 본 발명의 개념은 상기 바닥부가 수평일지라도 적용될 수 있다. 입자분리기에 의해 수집되는 분리된 고형물들은 더미의 기울어짐이 상기 분리된 고형물에 대한 안정각(αR)에 도달할 때까지 수평한 바닥부상에 더미로 쌓아지기 시작하는데, 여기서 반응로 구간쪽이나 연도가스/고형물의 흐름의 방향으로 더미를 따라 미끄러져 내려가기 시작할 것이다. 반응로 구간쪽 본래 위치로 바닥부를 미끄러져 내려가는 입자들은 다음 재순환을 위해 바로 회귀되는 한편, 연도가스/고형물의 흐름의 방향으로 바닥부를 미끄러져 내려가는 입자들은 공동부나 호퍼 또는 수집용 이동통에 수집되어 결국에는 반응로 구간의 밑바닥으로 되돌아가게 된다.
수집된 고형물 입자들이 반응로 구간쪽으로 흘러 내려가는 경우에, 연도가스 /고형물 전향수단이 사용되어 바닥부를 미끄러져 내려가면서 뒤쪽 구간벽을 따라 반응로 구간으로 미끄러지게 되는 수집된 고형물 입자들의 세분화를 향상시킬 수 있게 된다. 수집된 고형물 입자들이 연도가스/고형물의 흐름의 방향으로 흐르는 경우에는 전향수단이 하류의 공동부나 호퍼 또는 이동통으로의 바닥부를 따른 분리된 고형물 입자들의 흐름을 향상시키는 데에 사용되거나 사용되지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 바닥부가 형성된 내부충돌형 1차 입자분리기는 상류의 노내의 U비임 없이 또는 이와 함께 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 한 실시예는 순환유동상 반응로의 반응로 구간을 통해 흐르는 연도가스/고형물의 흐름으로부터 고형물 입자들을 분리하는 충돌형 입자분리기를 갖춘 향상된 순환유동상 반응로 또는 연소실의 구조를 제공하게 되는 바, 이는 출구개구부를 갖춘 반응로 구간과; 연도가스/고형물의 흐름에 대해 출구개구부의 상류에 위치된 적어도 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기들의 제 1그룹; 상기 출구개구부의 하류에 위치된 적어도 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기들의 제 2그룹: 및 상기 입자분리기들의 제 2그룹의 아래에 위치된 바닥부를 구비하고 있다.
본 발명의 다른 실시예는 순환유동상 반응로의 반응로 구간을 통해 흐르는 연도가스/고형물의 흐름으로부터 고형물 입자들을 분리하는 충돌형 입자분리기를 갖춘 향상된 순환유동상 반응로 또는 연소실의 구조를 제공하게 되는 바, 이는 출구개구부를 갖춘 반응로 구간과; 연도가스/고형물의 흐름에 대해 출구개구부의 하류에 위치된 적어도 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기들의 그룹; 및 상기 입자분리기들의 그룹의 아래에 위치된 바닥부를 구비하고 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 순환유동상 반응로의 반응로 구간을 통해 흐르는 연도가스/고형물의 흐름으로부터 고형물 입자들을 분리하는 충돌형 입자분리기를 갖춘 향상된 순환유동상 반응로 또는 연소실의 구조를 제공하게 되는 바, 이는 출구개구부를 갖춘 반응로 구간과; 상기 출구개구부의 상류에 위치된 적어도 1열과 연도가스/고형물의 흐름에 대해 출구개구부의 하류에 위치된 적어도 1열로 된 적어도 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기들; 및 상기 출구개구부의 하류에 위치된 적어도 1열의 입자분리기들 아래에 위치된 바닥부를 구비하고 있다.
본 발명을 특징짓는 새롭고 다양한 특징들은 이 명세서에 첨부되어 그 일부를 이루는 청구항들에 특별히 기술되어 있다. 본 발명과, 그 작동상의 장점, 및 이를 사용함으로써 얻어지는 특정한 이득 등을 보다 잘 이해하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되어 있는 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 순환유동상(CFB) 반응로 또는 연소실의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 도 1의 2-2선에 따라 도시된 개략적인 평단면도,
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 순환유동상 반응로 또는 연소실의 일부를 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 순환유동상 반응로 또는 연소실의 일부를 개략적으로 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 제 4실시예에 따른 순환유동상 반응로 또는 연소실의 일부를 개략적으로 도시한 단면도,
도 5a는 본 발명의 제 5실시예에 따른 순환유동상 반응로 또는 연소실의 일부를 개략적으로 도시한 단면도,
도 6은 엇갈린 충돌형 입자분리기 부재의 하부끝에서 순환유동상 반응로 또는 연소실에 사용될 수 있는 가스/고형물 전향수단의 제 1실시예를 개략적으로 도시한 단면도,
도 7은 명확히 하기 위해 U비임이 생략된 도 7의 7-7선에 따라 도시된 개략적인 평단면도,
도 8은 엇갈린 충돌형 입자분리기 부재의 하부끝에 사용될 수 있는 기체 또는 고체 전향수단의 제 2실시예를 개략적으로 도시한 단면도,
도 9는 도 8의 9-9선에 따라 도시된 개략적인 평단면도이다.
여기서 사용된 순환유동상 연소실이라는 용어는 연소공정이 일어나는 순환유동상 반응로의 한 형태를 칭한다. 본 발명은 특히 열을 발생하는 수단으로 순환유동상 연소실을 사용하는 보일러 또는 증기발전기에 관련된 한편, 본 발명은 다른 종류의 순환유동상 반응로에 쉽게 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명은 연소공정과는 다른 화학적 반응을 위해 사용되거나, 다른 곳에서 일어나는 연소공정으로부터의 가스/고형물의 혼합물이 추가처리를 위한 반응로에 공급되거나, 또는 반응로가 단지 입자나 고형물이 반드시 연소공정의 부산물이 아닌 가스로 비말동반되는 구간을 제공하는 반응로에 사용될 수 있다.
일반적으로 도면들을 참조로 하는 바, 여러 도면들에 걸쳐 동일하거나 기능적으로 유사한 부재들은 동일한 참조번호로 표시된다.
특히, 도 1과 도 2은 일반적으로 참조번호 10으로 표시된 순환유동상(CFB) 반응로 또는 연소실을 도시하는데, 이는 상부(30)와 출구개구부(40) 및 대류통로 (50)를 갖춘 반응로 구간(20)을 구비한다. 이 순환유동상 반응로 구간의 앞은 도 1과 도 2의 왼쪽으로 한정되는 한편, 그 뒤는 이들 도면들의 오른쪽으로 되는데, 순환유동상 반응로 구간(20)의 폭은 도 1의 평면에 직각이다. 상기 반응로 구간(20)은 전형적으로 직사각형 단면이고, 구간벽(100)에 의해 한정된다. 이 구간벽(100)은 통상 유체냉각되고, 전형적으로 강철막에 의해 서로로부터 분리된 물 또는 증기운반튜브들을 구비하여 기밀(氣密)의 반응로 구간(20)을 이루게 된다. 이 반응로 구간(20)의 하부에서 일어나는 순환유동상 연소공정에 의해 생성된 연도가스/고형물 혼합물(110)은 상부(30)를 통해 위로 흐르고, 결과적으로 출구개구부(40)를 나가 대류통로(50)로 흐르게 된다. 이 연도가스/고형물 혼합물(110)은 이 경로를 따라 이동하면서, 여기에 설명되는 바와 같이 대기로 나아가기 전에 여러 고형물 입자와 열의 제거단계를 통과하게 된다.
하나 이상의 열들, 바람직하기로 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기(140)의 제 1그룹(130)은 반응로 구간(20)의 상부에서 연도가스/고형물의 흐름(110)의 방향으로 출구개구부(40)의 상류에 위치된다. 상기 입자분리기(140)는 비평면인데, 이들은 U형상이나, E형상, W형상, 또는 생기는 연도가스/고형물(110)의 흐름에 컵모양 또는 오목한 표면형태를 나타내는 임의의 다른 형상으로 될 수 있다. 전술된 바와 같이, 충돌형 입자분리기의 제 1그룹(130)이 출구개구부(40)의 상류에 있기 때문에, 이 제 1그룹(130)은 노내의 U비임(130)으로 불리워질 수도 있다. 편의상, 엇갈린 충돌형 입자분리기(140)는 일반적으로 설명이 일관되게 U비임(140)으로 불리울 것이다. 상기 U비임(140)은 서로에 대해 엇갈려 있어서, 연도가스/고형물의 흐름 (110)이 이들을 관통하면서 비말동반된 고형물 입자들이 이들과 충돌하여 이들의 컵모양 또는 오목한 부분에 수집되고, 제 1그룹(130)에 의해 수집된 입자들, 즉 분리기(140)가 그들을 수집하는 데에 관계없이 일반적으로 참조번호 150으로 표시되는 입자들이 반응로 구간(20)의 밑바닥쪽으로 U비임을 따라 아래로 직접 내면적으로 자유로이 떨어질 수 있게 된다. 상기 U비임(140)은 출구개구부(40)를 가로질러 완전히 연장될 수도 있다. 이 U비임(140)은 전형적으로 고온의 환경 때문에 스테인레스강으로 만들어진다.
1차 충돌형 입자분리기(160)라고도 하는 충돌형 입자분리기 또는 U비임(140)의 제 2그룹(160)은 출구개구부(40)의 바로 하류에 위치된다. 출구개구부(40)의 하류에 위치된, 적어도 2열, 바람직하기로는 4열의 엇갈린 충돌형 입자분리기의 제 2그룹(160)의 U비임(140)도 연도가스/고형물의 흐름(110)으로부터 입자들(150)을 수집한다. 하지만, 제 2그룹(160)을 구성하는 상기 U비임(140)의 하부끝(170)이 임시적으로 수집하고 반응로 구간(20)으로 수집된 고형물 입자들을 되돌려 보내는 데에 사용되는 그들 아래의 공동부내로 연장되어 있는 공지된 구조에 비하여, 본 발명에 따른 순환유동상 반응로(10)는 입자들이 떨어질 수 있도록 된 구멍이나 개구부를 갖추고 있지 않는 바닥부만 구비하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바닥부가 형성된 내부충돌형 1차 입자분리기(160)는 노내의 U비임(130)의 상류그룹없이 사용될 수 있으나, U비임이 고형물 입자들(150)의 수집효율을 향상시키도록 사용되는 것이 바람직하다. 유사하게, 적어도 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기나 U비임(140)이 필요한 한편, 적어도 2열이 상기 출구개구부(40)의 하류에 위치될 수 있거나, 적어도 1열은 출구개구부(40)의 상류에 위치되고 적어도 1열은 출구개구부(40)의 하류에 위치될 수 있다.
바닥부(180)는 경사져 있을 수 있어서, 수집된 고형물 입자들(150)이 반응로 구간(20)쪽으로 바닥부(180)를 따라 미끄러질 수 있다. 하지만, 바닥부(180)는 도 4에 도시된 바와 같이 대체로 수평하거나, 수집된 고형물 입자들(150)이 연도가스/고형물의 흐름(110)의 방향으로 바닥부(180)를 따라 미끄러져 도 5에 도시된 바와 같이 수집을 위한 하류의 공동부나 호퍼 또는 통(190)에 수집되고, 결국에는 반응로 구간의 밑바닥으로 되돌려 보내어질 수 있도록 경사질 수 있다. 필요하면, 바닥부(180)는 첨단부(182)를 구비하여서, 수집된 고형물 입자들(150)이 반응로 구간 (20)쪽으로 바닥부(180)를 따라 미끄러지도록 경사진 제 1부분(184) 뿐만 아니라, 수집된 고형물 입자들(150)이 연도가스/고형물의 흐름(110)의 방향으로 바닥부 (180)를 따라 미끄러져 도 5a에 도시된 바와 같이 수집을 위한 하류의 공동부나 호퍼 또는 통(190)에 수집되고, 결국에는 반응로 구간의 밑바닥으로 되돌려 보내어질 수 있도록 경사진 제 2부분(186)을 갖추게 된다. 바닥부(180)가 경사져 있는 임의의 경우에, 바닥부(180)의 경사각(α)은 일반적으로 상기 분리된 고형물에 대한 안정각(αR)보다 크거나 같게 되도록 선택된다. 바닥부(180)는 바람직하기로 구조상 대체로 평면이나, 경사져 있으면 수집된 고형물 입자들(150)이 흐르거나 미끄러질 수 있는 일련의 채널 또는 홈을 구비할 수 있다.
본 발명의 바닥부가 형성된 충돌형 입자분리기의 개념은 상기 바닥부(180)가 수평하거나 대체로 수평할지라도(도 4 참조) 적용될 수 있다. 입자분리기의 제 2그룹 (160)에 의해 수집되는 분리된 고형물(150)은 더미의 기울어짐이 상기 분리된 고형물(150)에 대한 안정각(αR)에 도달할 때까지 수평한 바닥부(180)상에 더미로 쌓아지기 시작하는데, 여기서 고형물(150)은 반응로 구간(20)쪽이나 연도가스/고형물의 흐름(110)의 방향으로 더미를 따라 미끄러져 내려가기 시작할 것이다. 반응로 구간 (20)쪽 본래 위치로 바닥부(180)를 미끄러져 내려가는 입자들(150)은 다음 재순환을 위해 바로 회귀되는 한편, 연도가스/고형물의 흐름(110)의 방향으로 바닥부 (180)를 미끄러져 내려가는 입자들(150)은 수집을 위한 하류의 공동부나 호퍼 또는 이동통(190)에 수집되어 결국에는 반응로 구간(20)의 밑바닥으로 되돌아가게 된다.
수집된 고형물 입자들(150)이 반응로 구간(20)쪽으로 바닥부(180)를 흘러 내려가는 경우에, 연도가스/고형물 전향수단이 사용되어 바닥부(180)를 미끄러져 내려가고 뒤쪽 구간벽(200)을 따라 반응로 구간(20)으로 미끄러지는 수집된 고형물 입자들의 세분화를 향상시킬 수 있게 된다. 수집된 고형물 입자들(150)이 연도가스 /고형물의 흐름(110)의 방향으로 흐르는 경우에, 전향수단이 하류의 공동부나 호퍼 또는 이동통(190)으로 바닥부(180)를 따라 분리된 고형물 입자들(150)이 흐르는 것을 향상시키는 데에 사용되거나 사용되지 않을 수 있다.
도 6과 도 7을 참조하면, 일반적으로 참조번호 250으로 표시된 연도가스/고형물 전향수단의 한 실시예는 그 상부에 립(lip;270)을 갖춘 판(260)과, 이 판 (260)으로부터 연장되는 대체로 수평한 배플(baffle;280), 반응로 구간(20)의 뒷벽 (200)에 상기 판(260)을 고정시키는 받침수단(290)을 구비한다. 바람직하기로, 연도가스/고형물 전향수단은 바닥부(180)와 뒤쪽 구간벽(200)의 교차점에 가까운 위치에 위치된다.
도 8과 도 9를 참조로 하면, 연도가스/고형물 전향수단의 다른 실시예는 단지 노내의 U비임(130)과 입자분리기의 제 2그룹(160)을 구성하는 U비임(140) 모두의 하부끝에 용접 등에 의해서 고정된 판(300,310)의 배열을 사용한다. 도시된 바와 같이, 연속인 판(300)은 첫번째 노내의 U비임(140)의 앞쪽에 위치되는 한편, 분리된 판(310)은 연속적인 U비임(140)의 뒤쪽에 사용될 수 있다.
제 2그룹(160)을 구성하는 U비임(140)은 바람직하기로 제 1그룹(130)을 구성하는 것과 동일한 구조이고, 바닥부(180)까지 연장하는데, 순환유동상 반응로의 작동온도가 상승되면서 상기 U비임(140)이 아래로 연장하거나 "증대"되는 점이 고려되어야 한다. 작동동안의 접촉을 방지하는 한 방편으로 상기 제 2그룹(160)을 구성하는 U비임(140)의 하부끝(170)과 바닥부(180) 사이에 틈새가 제공된다. 하지만, 그 접근이 필요하거나 받아들일 수 있다면, 수집된 고형물 입자들(150)이 U비임 (140)의 하부끝(170)을 우회하여 다음의 재순환을 위한 반응로 구간(20)으로의 회귀가 일어나지 않을 수 있기 때문에 제공하는 충분한 틈새와 너무 큰 틈새 사이에 균형이 채택되어야 한다. 바람직하기로, 상기 U비임(140)의 냉각은, 제임스(James) 등의 미국 특허 제 5,809,940호에 기술된 바와 같은 간접냉각의 사용에 한정되지 않는 작동동안의 열팽창을 최소화하거나 제어하는 것이나, 돔(Daum) 등의 미국 특허 제 5,378,253호와 동 5,435,820호에 기술된 것에 한정되지 않는 냉각된 U비임 (140) 구조물을 구비함으로써, 제공될 수 있다. 또한, 바닥부(180) 또는 천장(210) 구조물이 사용될 수 있는데, 이는 U비임(140)의 한 끝에 고정되고 다른 끝에서 "미끄럼 끼워맞춤"될 수 있거나, 양끝에서 이동될 수 있거나, 또는 접촉이 비교적 흠잡을 데 없도록 결정된다면 U비임(140)이 접촉 또는 실제로 바닥부(180)에 끼워넣어지는 바닥부(180) 구조물이 사용될 수 있다.
반응로 구간(20)의 뒷벽(200)을 형성하는 반응로 구간의 일부 튜브(100)는 대류통로(50)의 천장(210)쪽 위로 연장하여 당해분야에서 출구개구부(40)의 "스크린(screen)"이라 불리우는 것을 형성하게 된다. 이 스크린을 형성하는 유체냉각된 튜브는 일반적으로 서로로부터 측면으로 이격되고, 연도가스/고형물(110)이 흐르도록 된 가스통로(도시되지 않음)를 형성한다. 상기 바닥부(180)는 통상 냉각되며, 유체냉각된 일부의 구간튜브(100)나 다른 유체냉각된 튜브에 의해 형성될 수 있다.
도 1과 도 2를 다시 참조하면, 연도가스/고형물의 흐름(110)의 방향에서 대류통로(50)를 통해 연속적이면서, 도 1과 도 2에서 참조번호 220과 230으로 표시된 과열기나, 재열기, 물/증기 보일러, 또는 절탄기 표면과 같은 가열표면을 구성하는 튜브층이 구비될 수 있다. 이들 튜브층(220,230)을 통과하는 연도가스/고형물(110)은 상기 튜브층(220,230)을 구성하는 튜브들내의 작동유체로 그 안에 포함된 열의 일부를 내주어 순환유동상 반응로 또는 연소실(10)에 연관된 다른 공정(도시되지 않음)이나 임의의 증기터어빈으로 요구되는 열역학적인 작동을 성취하게 된다. 상기 튜브층(220,230)을 통과한 후, 연도가스/고형물의 흐름(110)은 하류의 다른 가열표면(도시되지 않음)과 추가적인 특별한 수집장치(도시되지 않음)로 공급된다.
본 발명은 1차 충돌형 입자분리기(160)의 아래에 위치된 공동부나 방출호퍼를 통한 고형물의 가스-우회-유도된 재비말동반으로 생기는 비효율성을 최소화하거나 제거하게 된다. 이는 전형적으로 사용된 4 또는 5열 외에 추가열의 U비임(140)들이 이 그룹(160)에 부가되어 입자의 수집효율을 증대시킴을 의미한다.
또한, 도 4와 도 5 및 도 5a의 형태는 공정으로부터 수집된 고형물(150)을 제거하거나, 외부도관(도시되지 않음)을 매개로 반응로 구간(20) 또는 가능한 외부 유동상 열교환기(도시되지 않음)와 같은 외부장치로 수집된 고형물을 되돌리는 데에 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예가 자세하게 도시되고 설명되어 본 발명의 원리의 사용을 나타내는 동안, 본 발명이 이러한 원리로부터 벗어남 없이 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 본 발명은 순환유동상 반응로 또는 연소실을 포함하는 새로운 구조나, 현존하는 순환유동상 반응로 또는 연소실의 보수나 유지 또는 변형에 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 본 발명의 어떤 형태는 다른 형태의 상응하는 사용없이 이롭게 사용될 수 있어서, 이러한 모든 변형실시예들은 다음 청구항의 범주와 동일성에 당연히 포함된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 훨씬 더 간단한 구조로 이루어진 순환유동상 반응로 또는 연소실을 제공하여 비용은 덜 들게 됨으로써, 산업에 널리 이용될 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (20)

  1. 순환유동상 반응로의 반응로 구간을 통해 흐르는 연도가스/고형물의 흐름으로부터 고형물 입자들을 분리하는 충돌형 입자분리기를 갖추되, 출구개구부를 갖춘 반응로 구간과; 연도가스/고형물의 흐름에 대해 출구개구부의 상류에 위치된 적어도 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기들의 제 1그룹; 상기 출구개구부의 하류에 위치된 적어도 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기들의 제 2그룹: 및 상기 입자분리기들의 제 2그룹의 아래에 위치된 바닥부를 구비하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 바닥부는 수평에 대한 각도로 경사져 있어서, 이 바닥부가 반응로 구간쪽으로 기울어져 입자분리기들의 제 2그룹에 의해 수집된 고형물 입자들이 반응로 구간쪽으로 바닥부를 미끄러져 내려가는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 바닥부는 수평에 대한 각도로 경사져 있어서, 이 바닥부가 반응로 구간을 통한 연도가스/고형물의 흐름에 대해 하류방향으로 경사져 입자분리기들의 제 2그룹에 의해 수집된 고형물 입자들이 하류방향으로 바닥부를 미끄러져 내려가는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 하류방향으로 바닥부를 미끄러져 내려가는 수집된 고형물 입자들을 받아들이는 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 수집된 고형물 입자들을 받아들이는 수단은 공동부와 호퍼 및 이동통 중 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 바닥부는 대체로 수평한 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 바닥부는 대체로 평면인 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 바닥부는 수평에 대해 경사각(α)으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 바닥부의 경사각(α)은 수집된 고형물 입자들의 안정각(αR)보다 크거나 같게 되는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 바닥부는 수집된 고형물 입자들이 흐르거나 미끄러질 수 있도록 된 일련의 채널과 홈 중 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  11. 제 1항에 있어서, 대류통로와 이 안에 위치된 열전달표면을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 열전달표면은 적어도 하나의 과열기표면과, 재열기표면, 보일러표면, 및 절탄기표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 충돌형 입자분리기들은 U비임을 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 충돌형 입자분리기들은 U형상이나, E형상, W형상, 또는 연도가스/고형물의 흐름에 컵모양 또는 오목한 표면형태를 나타내는 임의의 다른 형상으로 된 비평면부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  15. 제 8항에 있어서, 상기 입자분리기들에 연관된 연도가스/고형물 전향수단을 추가로 구비하여 수집된 고형물 입자들의 재비말동반을 감소시키는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 연도가스/고형물 전향수단은 그 상부에 립(lip)을 갖춘 판과, 이 판으로부터 연장되는 대체로 수평한 배플(baffle), 바닥부와 뒤쪽 구간벽의 교차점에 가까운 위치에서 반응로 구간의 뒷벽에 상기 판을 고정시키는 받침수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 연도가스/고형물전향수단은 충돌형 입자분리기의 하부끝에 고정된 판의 배열을 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  18. 제 1항에 있어서, 바닥부는 첨단부를 구비하되, 이는 수평에 대해 각도로 경사진 제 1부분을 구비하여 이 바닥부가 반응로 구간쪽으로 기울어지면서 입자분리기들의 제 2그룹에 의해 수집된 고형물 입자들이 반응로 구간쪽으로 바닥부의 제 1부분을 미끄러져 내려가는 한편, 수평에 대해 각도로 경사진 제 2부분을 구비하여 이 바닥부가 반응로 구간을 통한 연도가스/고형물의 흐름에 대해 하류방향으로 기울어지면서 입자분리기들의 제 2그룹에 의해 수집된 고형물 입자들이 하류방향으로바닥부의 제 2부분을 미끄러져 내려가는 것을 특징으로 하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  19. 순환유동상 반응로의 반응로 구간을 통해 흐르는 연도가스/고형물의 흐름으로부터 고형물 입자들을 분리하는 충돌형 입자분리기를 갖추되, 출구개구부를 갖춘 반응로 구간과; 연도가스/고형물의 흐름에대해 출구개구부의 하류에 위치된 적어도 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기들의 그룹; 및 상기 입자분리기들의 그룹의 아래에 위치된 바닥부를 구비하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
  20. 순환유동상 반응로의 반응로 구간을 통해 흐르는 연도가스/고형물의 흐름으로부터 고형물 입자들을 분리하는 충돌형 입자분리기를 갖추되, 출구개구부를 갖춘 반응로 구간과; 상기 출구개구부의 상류에 위치된 적어도 1열과 연도가스/고형물의 흐름에 대해 출구개구부의 하류에 위치된 적어도 1열로 된 적어도 2열의 엇갈린 충돌형 입자분리기들; 및 상기 출구개구부의 하류에 위치된 적어도 1열의 입자분리기들의 아래에 위치된 바닥부를 구비하는 바닥부가 형성된 내부 1차 입자분리기를 갖춘 순환유동상 반응로.
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