KR20000062384A - 순환식 유동층 증기 발생기의 연료 및 흡착제 공급 방법 및 장치 - Google Patents

순환식 유동층 증기 발생기의 연료 및 흡착제 공급 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

공급 시스템을 사용하여 순환식 유동층 증기 발생기(12)로 연료를 공급하는 것은 이차 연소 공기(38)를 사용하는 공기 강제 공급 슈트(34)를 사용하여 연료를 부유 운반하여 유동층 연소기(12)로 공급한다. 연료는 가파른 각도의 중력 공급 슈트(32)를 통해서 공기 강제 공급 슈트(34)로 공급된다. 공기 강제 공급 슈트(34)는 마모 방지 재료(40)로 피복되어 있다.

Description

순환식 유동층 증기 발생기의 연료 및 흡착제 공급 방법 및 장치{FUEL AND SORBENT FEED FOR CIRCULATING FLUIDIZED BED STEAM GENERATOR}
유동층 연소 방식은 몇 가지 이유 때문에 선호되고 있다. 현저한 특성은 연도 가스 세정기를 사용하지 않고도 환경적으로 수용 가능한 방식으로 고유황 연료를 연소시킬 수 있는 능력이다. 유동층 연소 방식에서는, 유동층 내의 주로 석회암인 흡착제에 의해서 연소 중에 연료 내에 포함된 유황의 대부분이 제거된다. 상기 공정에서, 연소 반응이 발생할 때의 온도가 낮기 때문에 산화 질소물의 생성은 적다.
유동층 연소 방식 중의 하나는 순환식 유동층 시스템이다. 상기 시스템에서의, 노 내의 가스 속도는 종래의 버블 방식 유동층 시스템에 비해서 세 배 내지 네 배 정도로 빠르다. 작은 고체 입자가 노를 통해서 이동되며, 균일한 저밀도 가스/고체 혼합물이 전체 노에 걸쳐서 존재하게 된다. 고체가 가스 보다 훨씬 느린 속도로 노를 통해서 이동하기 때문에, 상당한 정도의 고체 잔류 시간이 있게 된다. 작은 입자 크기와 더불어 길어진 잔류 시간은 연소 효율이 높게 되며, 소량의 흡착제 석회암을 공급하여 다량의 유황 산화물을 제거할 수 있게 된다.
유동층 증기 발생기와 관련된 문제점은 미립자(분쇄 또는 파쇄된) 석탄 또는 석유 코크스 연료를 연소기로 공급하는 것에 있다. 연료의 조성, 입자 크기 및 수분 함량이 상당히 다양하고 또한 연료 공급 슈트가 구조 재질 및 벽의 마찰력 등에서 차이가 나기 때문에, 슈트의 막힘이 문제가 될 수도 있다. 가파른 각도의 슈트를 사용하여 이와 같은 문제점을 해결할 수는 있지만, 연소기의 노즐로 공급하는 슈트 부분에 대한 일반적으로 실제적인 해결책은 되지 못한다.
본 발명은 순환식 유동층 증기 발생기에 관한 것이며, 보다 상세하게는 연료 공급 슈트 및 흡착제 공급 장치에 관한 것이다.
도 1은 순환식 유동층 증기 발생기에 대한 본 발명의 연료 공급 시스템을 도시한 도면.
본 발명은 이차 공기를 사용하는 공기 강제 공급 슈트 또는 파이프 영역을 연료를 연소기 내로 부유시키고 이송시키는 것에 관한 공급 시스템을 사용하여 유동층으로 연료를 공급하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이차 공기와 함께 연소기 내로 연료와 함께 혼합되고 함께 공급되는 연료 공급 배관으로 흡착제를 공급하는 것에도 관한 것이다. 보다 상세하게는, 공급 시스템은 막힘을 방지하기 위해서 가파른 각도이며 더 작은 각도로 공기 강제 공급 슈트 또는 파이프로 연료를 공급하는 중력 공급 슈트를 구비한다. 파이프의 공기 강제 공급 슈트는 마모 방지 재료로 피복되어 있다.
유동층 노(12)를 시작으로 하여 도면을 참조하면서 통상적인 유동층 연소기 시스템을 설명하기로 한다. 대개는 파쇄 또는 분쇄된 석탄인 미립자 연료와 대개는 석회암인 흡착제를 후술하는 바와 같이 노에 공급한다. 일차 유동 공기(14)는 노(12) 하부의 공기 충만실(16)로 공급된다. 이장 연소 공기 또한 후술하는 바와 같이 연료 및 흡착제 공급 시스템의 설명과 관련시켜서 설명하기로 한다. 노(12)의 하부 영역은 부식 및 침식 방지에 적합하도록 내화 벽돌로 피복되어 있으며, 상부 영역은 증발 수벽을 포함하고 있다.
연소 가스와 함께 노(12)에서 운반된 고체는 사이클론 분리 장치(18)에서 연소 가스와 분리된다. 고체는 사이클론 분리 장치의 하부에서 배출되며, 공지된 실 포트(seal pot) 또는 사이펀 실(syphon seal) 장치(20)를 통해서 흐르며 상기 장치에서부터 고체는 뒤이어 덕트(22)를 거쳐 노(12)로 되돌려진다. 일부 고체는 노로 재순환되기 전에 열을 추출하기 위해서 유동층 열 교환기(24)를 거쳐서 흐르게 된다. 연료 가스는 사이클론 분리 장치(18)의 상부에서 배출되며, 덕트(26)에 의해서 대류 영역(28)으로 공급되어 열을 재생하게 된다. 연소 가스는 이후에 통상적으로 먼지 수집 장치에서 처리되며 굴뚝으로 배출되기 전에 도입되는 일차 및 이차 연소 공기를 예비 가열하는데 사용된다.
본 발명의 연료 공급 시스템은 분쇄되거나 파쇄된 석탄 또는 코크스가 저장되어 있는 연료 사일로(29)에서 시작된다. 연료는 사일로(29)로부터 선택된 속도로 연료를 계량하고 공급하는 중력식 공급 장치(31)로 흘러간다. 중력식 공급 장치(31)로부터, 연료는 중력에 의해 분리 게이트(30)를 통하여 낙하하고 연료 공급 슈트 장치의 중력 슈트(32)로 공급된다. 본 중력 영역(32)은 평면에 대해서 약 55 도 내지 80 도 정도 경사져 있으며, 적합하게는 연마된 것을 사용해야 하는데도 연마되지 않은 스테인레스강 또는 탄소강을 사용할지라도 모든 연료에 대해서 작동할 수 있도록 선택되는 약 70 도로 경사진 것이 바람직하다. 팽창 조인트(33)는 열 팽창을 보상하는 토글(toggle)로써 기능한다.
중력 슈트(32)로부터의 연료는 노의 이차 공기 포트(36) 중의 하나와 연결된 이차 공기 파이프 중의 하나인 공기 강제 공급 슈트(34)로 들어간다. 이차 공기(38)는 연료에 대해서 운반 공기로 기능한다. 이 이차 공기는 연료가 낮은 속도로 흐르는 공기로 인해서 고밀도로 단지 밀려나는 것이 아니라 공기 중에 부유될 수 있는 양과 속도로 형성된다. 그 예로써, 이차 공기의 흐름이 연료를 잡아 들이고 유지하기 위해서 적합한 속도 범위는 1/4 인치 석탄에 대해서 초당 약 70 피트(feet)이고, 대개는 초당 약 90 피트이다. 슈트 영역(34)의 각도가 중요하지는 않지만, 적합하게는 수평에 대해서 약 20 도가 바람직하다.
소정의 속도로 이동하는 공기와 함께 연료를 공기 강제 공급 슈트(34)로 도입하면 마찰이 심하게 되며 가장 큰 잠재적인 부식을 초래할 가능성이 있다. 따라서, 슈트(34)는 적합하게는 세라믹 재료인 마모 방지 재료(40)로 피복된다.
공기 강제 공급 슈트(34)를 통해서 압력의 손실이 있기 때문에, 연료를 이송하지 못하고 압력 손실을 당하게 되면 연료를 이송하고 이 압력 손실을 극복하기 위해서 필요한 이차 공기의 압력은 정상적인 이차 공기의 압력에 비해서 높아야 한다. 그 예로써, 이 압력 손실은 0.5 인치 Hg 또는 7 인치 H2O 정도일 수도 있다. 따라서, 유리하게는 연료의 이송에 사용된 이차 공기는 이차 공기 팬에서가 아니라 일차 공기 팬으로부터 취해야 한다. 다시 한번 특정예로써, 일차 공기 팬에서의 압력은 약 15 인치 H2O로 이차 공기 팬으로부터의 압력 보다 높다. 따라서 이 장치는 충분한 압력을 제공하여 연료 이송 중의 압력 손실을 극복할 수 있으며, 연소기 내에서의 압력 보다 큰 충분히 큰 잔존 압력 차이가 있게 된다.
본 발명의 다른 특징은 석회암 또는 백운석과 같은 흡착제를 공급 노즐(42)을 통해서 동심적으로 연료 공급 슈트(34)로 공급하는데 있다. 이와 같은 장치 때문에, 연료 뿐만 아니라 흡착제가 이차 공기에 의해서 노로 공급되게 된다. 연료와 흡착제 사이의 밀접한 접촉을 유지하게 하고 따라서 흡착제의 유황 포집이 개선되며 흡착제의 사용을 감소시키게 된다.
연료 이송에 적합한 이차 공기는 (공기 가열기를 통과시킴으로써) 고온이거나 저온이라도 좋다. 공급 슈트는 적합하게는 절연되어 연료가 파이프 벽에 집중되면서 생기는 수분과 연료가 달라 붙게 되는 문제점을 해소할 수 있다. 저온의 이송 공기는 보일러의 효율을 낮추기 때문에, 고온의 이송 공기를 사용하는 것이 유리하다.

Claims (6)

  1. 유동층 연소 시스템으로 미립자 연료를 공급하는 방법에 있어서,
    상기 시스템은 하부 영역에 위치한 일차 연소 공기 및 유동화 공기를 공급하기 위한 수단을 가지는 유동층 노와 상기 바닥의 위쪽에 위치한 이차 연소 공기를 공급하기 위한 다수의 포트를 포함하며,
    (가) 중력 공급 슈트로 미립자 연료를 공급하는 단계와,
    (나) 상기 중력 공급 슈트로부터 상기 이차 공기 포트 중의 하나에 연결된 공기 강제 공급 슈트로 상기 미립자 연료를 전달하는 단계와,
    (다) 상기 미립자 연료가 상기 이차 공기 중에 부유되고 상기 이차 공기와 부유된 연료가 상기 공기 강제 공급 슈트와 상기 이차 공기 포트를 통해서 상기 유동층 노로 이송되는 속도로 상기 공기 강제 공급 슈트로 이차 연소 공기를 공급하는 단계를 포함하는 유동층 연소 시스템으로 미립자 연료를 공급하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 흡착제 재료를 상기 공기 강제 공급 슈트로 주입하는 단계와 상기 흡착제를 상기 유동층 노로 공급하고 상기 미립자 연료와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 유동층 연소 시스템으로 미립자 연료를 공급하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 흡착제 재료는 상기 공기 강제 공급 슈트의 중심으로 동심적으로 주입되는 유동층 연소 시스템으로 미립자 연료를 공급하는 방법.
  4. 유동층 연소 시스템으로 미립자 연료를 공급하기 위한 연료 공급 장치에 있어서,
    상기 시스템은 하부 영역에 위치한 일차 연소 공기 및 유동화 공기를 공급하기 위한 수단을 가지는 유동층 노와 상기 바닥의 위쪽에 위치한 이차 연소 공기를 공급하기 위한 다수의 포트를 포함하며,
    (가) 상기 미립자 연료를 수용하며, 수평에 대해서 임의의 각도로 하향으로 경사져서 상기 미립자 연료가 관통하여 하부 방출 단부로 낙하하도록 하기 위한 중력 공급 슈트와,
    (나) 상기 중력 공급 슈트의 하부 방출 단부에 위치하고 상기 이차 공기 포트 중의 하나에 연결된 공기 강제 공급 슈트와,
    (다) 상기 중력 공급 슈트의 상기 하부 배출 단부를 지나서 상기 공기 강제 공급 슈트와 상기 이차 공기 포트를 통해서 상기 유동층 노로 공급하고 이에 따라서 상기 미립자 연료가 상기 이차 공기 중에 부유되고 따라서 부유된 상태로 상기 유동층 노로 주입되는 이차 연소 공기를 공급하기 위한 수단을 포함하는 유동층 연소 시스템으로 미립자 연료를 공급하기 위한 연료 공급 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 공기 강제 공급 슈트는 세라믹으로 피복되어 있는 유동층 연소 시스템으로 미립자 연료를 공급하기 위한 연료 공급 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 흡착제를 상기 공기 강제 공급 슈트로 주입하기 위한 수단을 추가로 포함하는 유동층 연소 시스템으로 미립자 연료를 공급하기 위한 연료 공급 장치.
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