KR20010030643A - 회분 냉각기 - Google Patents

Abstract

밀폐체(34)는 플로워(40)와, 상기 플로워(40) 주위에 배치된 다수의 벽과, 천장을 갖는다. 상기 밀폐체(34)는 또한 유입구(32)와 배출구(42)를 갖는다. 상기 배출구(42)는 플로워(40) 근처의 벽중 하나에 배치되고 상기 장치는 회분 냉각기의 유입구(32)로 진입하는 관련 회분과 열 교환 관계를 위해 밀폐체(34)내에 배치된 튜브(50)를 또한 포함한다. 본 발명의 일부 형태에 있어서 플로워(40)는 평면이며 수평면에 대해 경사 관계로 배치된다. 상기 배출구(42)는 최하 높이 부분에서 플로워(40)에 근접하게 배치되며 상기 밀폐체(34)는 일반적으로 장방형이고 제 1 및 제 2 대향 측부와 대향된 제 3 및 제 4 대향 측부를 가지며 상기 제 1 및 제 2 측부는 제 3 및 제 4 측부보다 길다. 소정의 경우에 있어서, 제 1 및 제 2 측부의 길이 대 제 3 및 제 4 측부의 길이의 비는 2 또는 3 대 1이다. 소정의 실시예에 있어서, 플로워(40)는 수평면에 대해 경사진 라인을 한정하는 제 1 및 제 2 측부와 플로워(40)의 교차점내에서 제 3 측부에서 제 4 측부로 하향 경사진다. 상기 유입구(32)는 제 3 측부에 근접하게 배치된다. 회분 냉각기는 플로워940)에서 연장하는 다수의 노즐(44)을 또한 포함한다. 각각의 다수의 노즐(44)은 플로워의 상부에 배치된 헤드를 가지며 유체를 제 4 측부를 향하게 함으로써 밀폐체(34)내에 배치된 회분이 노즐(44)을 통한 유체 통과에 의해 가압되어 제 4 측부를 향해 이동한다.

Description

회분 냉각기{Fluid bed ash cooler}

유동 베드 연소 장치는 다른 모드에서 연소시 많은 문제점을 방지하기에 충분한 저온에서 효율적으로 석탄을 연소시킬 수 있다. 용어 "유동 베드"는 고형 재료가 자유 유동하는 상태, 유체와 같은 행동방식에 속한다. 가스가 고형 입자의 베드를 통해 상향으로 통과하므로, 가스의 유동은 입자를 서로 분리시키는 힘을 발생한다. 낮은 가스 유동에서는 입자가 다른 고체와 접촉하게 잔류하여 이동을 방해하게 된다. 이 조건은 고정 베드로서 적용된다. 가스 유동이 증가될 때, 입자상의 힘은 분리를 일으키기에 충분한 포인트에 도달된다. 고체 사이의 가스 쿠션은 입자를 자유롭게 이동시키며, 베드에 유체와 같은 특징을 부여한다.

유동 베드 연소는 보통 부적절하다고 생각되는 고농축의 회분, 황, 및 질소를 갖는 연료의 연소를 가능하게 한다. 이러한 공정의 사용에 의해 대부분의 경우에 방출 요건에 부합하면서 가스 세정기의 필요성을 방지하는 것이 가능하다. 유동 베드 연소에 있어서, 연료는 유동 가스의 상향 유동에 의해 유지되는 고온의 비연소성 입자의 베드에서 연소된다. 전형적으로 연료는 액체와 가스 연료가 쉽게 사용될 수 있을 지라도 석탄 등의 고체이다.

유동 가스는 일반적으로 연소 공기 또는 연소의 가스 부산물이다. 두 개의 주요 타입의 유동 베드 연소 시스템은 (1)베드를 유동화시키는데 필요한 공기 이외의 초과 공기가 기포 형태로 베드를 통과하는 기포 유체 베드(BFB; bubbling fluid bed)이다. 상기 기포 유체 베드는 또한 적당한 베드 고체 혼합율과 연료 가스내의 비교적 낮은 고체 전환을 특징으로 하며, (2) 순환 유체 베드(CFB; circulating fluid bed)는 높은 속도와 미세한 베드 입자 크기를 특징으로 한다. 그러한 시스템에 있어서, 유체 베드 표면은 고체 전환이 증가할 때 확산되어 한정된 베드 높이가 더 이상 존재하지 않게 된다. 순환 유체 베드 시스템은 연소기에서 입자 재생 시스템으로 다시 연소기로 순환하는 고속의 재료를 갖는다. 이러한 일반적인 타입의 장치의 특징은 조셉 지. 싱어에 의해 발행되고, 미국 코넥티컷 06095 윈저 프로스펙트 힐 로드 1000 소재의 아시아 브라운 보베리의 자회사인 컴버스쳔 엔지니어링 인코포레이티드에 의해 출판된 공보인, 연소 화석 파워(Combustion Fossil Power)에 설명되어 있다.

종래의 순환 유동 베드 증기 발생기에서는 압착된 연료와 흡수제가 기계적 또는 공압적으로 연소기의 하부로 공급된다. 주 공기는 공기 분배기를 통해 연소의 저부로 공급되고, 보조 공기는 공기 포트를 통해 하나이상의 높이에서 연소기의 하부에 공급된다. 연소는 유동 베드 재료로 충전된 연소기 전체에 걸쳐 발생한다. 도관 가스와 전환된 고체는 연소기에 남게 되며 더 큰 고체가 분리되어 시일 포트로 낙하되는 하나이상의 집진 장치로 진입한다. 선택적으로, 일부 고체는 플러그 밸브를 통해 외부 유동 베드 열교환기(FBHE)로 전환되고 다시 연소기로 복귀된다. FBHE에서, 관 묶음은 유동 고체로부터 열을 흡수한다.

본 발명은 소정의 유동 베드 장치에 적용되지만, 유용량 이상의 회분을 발생시키는 연료로 작동하는 순환 유체 베드 보일러에 특히 적용된다. 그러한 연료는 고 회분 연료(high ash fuel)에 속한다. 고 회분 연료는 연료 중량의 35% 이상을 차지하는 회분을 갖는 연료이다. (일반적으로 저 회분 연료는 일부가 스크류 냉각기 등의 냉각 장치로 냉각될 지라도 유체 베드 회분 냉각기를 필요로 하지 않는다. 스크류 냉각기는 슬리브내에서 축방향으로 고형 물질을 이동시키도록 회전되는 나선 주위에 재킷 슬리브를 갖는다.) 유체 베드에서 발생된 회분은 백패스 회분과 저부 회분을 동시에 포함한다. 연소기에 잔류하는 회분은 온도가 냉각되므로 회분은 이송 장비에 손상을 주거나 파괴시키지 않는다.

저부 회분은 저부 회분 이송 시스템으로 진입하기 전에 연소기 온도에서 화씨 500도 이하로 냉각되어야만 한다. 고 회분 연료가 사용되는 경우에는, 저부 회분 흐름내의 열이 보일러 열 입력의 상당한 비율로 나타난다. 따라서, 이러한 열을 회복시키는 것이 요망될 수 있다. 유동 베드 회분 냉각기는 일반적으로 이러한 목적에 사용된다. 유동 베드 회분 냉각기는 형태에 있어서 유동 베드 열교환기와 동일한 기포 유동 베드 열교환기를 갖는다. 베드내에 침지된 냉각 코일은 회분을 냉각하고 열을 전달하여 공급수를 농축시키거나 가열한다. 연소기(10)에서 유동 베드 회분 냉각기(34)로의 회분 흐름은 유동 베드 열교환기를 갖는 콘 밸브에 의해 선택적으로 제어된다. 그러나, V자형 포트 또는 소정의 제어 밸브가 회분 냉각기내로 회분의 흐름을 제어하는데 사용될 수도 있다. 회분 냉각기로부터 냉각된 회분은 저장소로 이송하기 위해 저부 회분 조절 시스템을 통과한다. 이것은 대개 플라이트 컨베이어로 구성되는 기계 시스템이지만, 압축 공압 시스템이 또한 사용될 수 있다. 이와 달리, 공압 시스템이 재료를 저장소로 이송하는 중간 호퍼로 저부 회분을 이송하는데 기계 시스템이 사용될 수 있다.

종래 기술에서는 회분 냉각기의 저면 상부에 회분 냉각기의 배출구를 배치하는 것이 일반적이다. 다른 말로, 배출구는 일부 회분이 항상 회분 냉각기내에 잔류하도록 회분 냉각기의 저부 위로 상승되는 파이프의 단부에 위치한다. 이러한 구성은 많은 적용에 안정적이다. 그러나, 일부 적용의 경우에 이러한 구성은 유동화되지 않는 큰 입자의 (회분 냉각기로부터의) 제거가 회분 냉각기로부터 용이하게 제거될 수 없다.

종래 기술의 냉각기에는 전통적으로 수평 플로워가 설치되며 일반적으로 둑(weir)이 설치된다. 상기 둑은 회분 냉각기내의 회분을 감금한다. 그러한 구성의 단점은 가벼운 입자가 상부면으로 이동하고 무거운 입자가 저부로 이동한다는 것이다. 가벼운 입자는 둑을 넘쳐흘러서 회분 냉각기를 빠져나갈 것이다. 무거운 입자는 별개로 제거되어야만 한다.

또한, 종래 기술에서는 상부에서 보았을 때 정방형인 회분 냉각기를 설치하는 것이 일반적이다. 이러한 구성은 열 전달을 제한하는 것으로 최근에 알려졌다. 특히, 일반적으로 정방형 회분 냉각기로 진입하는 회분은 회분 냉각기 전체 플로워에 걸쳐 연장하는 열교환면과 실질적으로 접촉하지 않으면서 일측면에 배치된 배출구로 유동할 수 있다. 이것은 열역학 관점에서 만족스럽지 못하다.

본 발명은 순환 유동 베드 연소기 장치에 관한 것이며, 특히 유동 베드의 회분(ash)을 냉각하는 장치에 관한 것이다. 순환 유동 베드 장치는 상당히 폭넓은 분야에서 사용되고 있다. 특히 순환 유동 베드의 사용은 동작 및 연료 적응성의 양측면에서 상당한 진보를 이룰 수 있다는 기술 발전 때문에 장점이 있다. 본 발명이 증기 발생 시스템에서 연소 공정에 초기에 적용되며, 또한 유동 베드 장치의 폭넓은 분야에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 회분 냉각 장치에 의해 냉각되는 회분을 발생시키는 순환 유동 베드 연소기 장치의 개략적인 부분 입면도.

도 2는 본 발명의 일 형태에 따른 냉각기의 입면도.

도 3은 도 2의 선 3-3에 따라 취한 단면도.

도 4는 도 2의 선 4-4에 따라 취한 단면도.

도 5는 도 2의 선 5-5에 따라 취한 단면도.

본 발명의 주 목적은 보다 효율적으로 회분 냉각기의 표면과 용적을 사용하는 회분 냉각기 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비교적 큰 입자를 회분 냉각기로부터 용이하게 제거하는 장치를 제공하는 것이다.

이제 본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 플로워를 갖는 밀폐체, 상기 플로워 주위에 배치된 다수의 벽, 및 천장을 포함하는, 관련 유동 베드와 유기적으로 작용하는 회분 냉각기에서 달성됨을 알 수 있다. 배출구는 플로워에 근접한 벽중 하나에 배치되고 또한 장치는 회분 냉각기의 유입구로 진입하는 관련 회분과 열전달 관계를 위해 밀폐체내에 배치된 수냉식 배관을 포함한다. 본 발명의 소정 형태에 있어서, 플로워는 평면이며 수평면에 대해 경사 관계로 배치된다. 배출구는 최하 높이에서 플로워에 근접 배치되고 밀폐체는 일반적으로 장방형이며 제 1 및 제 2 대향 측부와 대향된 제 3 및 제 4 측부를 갖고 상기 제 1 및 제 2 측부는 제 3 및 제 4 측부보다 길다. 소정의 경우에 있어서, 제 1 및 제 2 측부의 길이는 제 3 및 제 4 측부의 길이의 두배 또는 세배이다.

일부 실시예에 있어서, 플로워는 수평면에 대해 경사진 라인을 한정하는 제 1 및 제 2 측부와 플로워의 교차점내에서 제 3 측부에서 제 4 측부로 하향 경사진다. 유입구는 제 3 측부에 근접하게 배치된다.

회분 냉각기는 플로워에서 연장하는 다수의 노즐을 또한 포함한다. 다수의 노즐 각각은 플로워 상부에 배치된 헤드를 가지며 유체를 제 4 측부로 향하게 함으로써 밀폐체내에 배치된 회분이 노즐을 통한 유체 통과에 의해 가압되어 제 4 측부로 이동한다.

본 발명의 다른 형태는 공기를 플로워 하부의 밀폐체로 공급하는 다수의 덕트 또는 헤더를 또한 포함한다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하면 보다 잘 이해될 것이다.

이제, 도 1의 전체 개략도를 참조하면, 순환 유동 베드(12)가 배치된 수직으로 신장된 연소기(10)가 도시되어 있다. 상기 순환 유동 베드(12)는 바닥판(11)상에 배치된다. 주 공기는 바닥판(11) 하부에 배치된 포트(13)를 통해 베드(12)로 공급된다. 보조 공기, 석회암 및 연료는 연소기(10)의 (도시된 바와 같이)좌측상에 세 개의 화살표로 지시된 것처럼 베드(12)의 측부로 향한다. 상기 연료는 전통적으로 화석 연료이다. 석회암은 흡수제이다. 하부 회분 제어 밸브(15)는 또한 연소기의 좌측상에 배치된다. 순환 유동 베드(12)내의 입자는 가스 통로(14)를 통해 하나 이상의 집진 장치(16;하나가 도시됨)로 재순환된다. 각 집진 장치(16)는 수직으로 신장되며 시일 포트(18)에 연결된 하부 말단부를 갖는다. 각 집진 장치(16)의 상부는 추가 열전달면을 포함하는 후방 통로에 결합된다. 후방 통로(17) 밖으로의 운동을 지시하는 화살표는 먼지 제거 장치 및 스택을 향하는 도관 가스 흐름을 지시한다. 추가 회분은 하부 말단부(19)로부터 제거된다. 각 시일 포트(18)는 주거 및 상업용 싱크대의 배수로에 통상 연결된 트랩에 상당하는 형태 및 기능을 갖는다. 시일 포트(18)는 제 1 복귀 덕트(28)에 의해 연소기(10)에 결합된다. 제 2 복귀 덕트(28)는 시일 포트(18)에서 연소기(10)까지의 통로를 연교환기(26)를 통해 완성한다. 시일 포트(18)뿐만 아니라 제 1 및 제 2 복귀 덕트(20,28)는 내화성 라인이다.

하부 회분 제어 밸브(15)의 목적은 파이프(32)를 통해 베드(12)에서 회분을 배출하는 것이다. 전형적으로, 하부 회분 제어 밸브(15)를 통과하는 하부 회분은 냉각되어 폐기된다. 본 발명은 특히 이러한 회분의 냉각에 관한 것이다.

이제 도 2내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 형태에 따른 회분 냉각기(34)가 도시되어 있다. 상기 회분 냉각기(34)는 파이프(32)와 결합된 유입구를 갖는다. 따라서, 회분 냉각기(34)는 밸브(15)가 개방되어 있을 때 연소기(10)로부터 고온의 회분을 수용한다. 상기 흐름은 파이프(32)와 개략적으로 나타낸 차단 밸브(36)를 통해 계속된다(차단 밸브(36) 뿐만 아니라 이후에 설명되는 차단 밸브(62)는 정비시 시스템 구성요소의 차단을 위해 제공된다). 다른 회분 냉각기처럼 상기 회분 냉각기(34)는 고온의 회분을 공기와 함께 유동화시킴으로써 그 열을 베드내에 배치된 튜브(50)로 전달한다. 상기 튜브(50)는 튜브(50)내에서 유동하는 물 또는 다른 열 교환 유체에 의해 냉각된다. 전형적으로 회분은 100 미크론 및 1500 미크론 사이의 평균 크기를 갖는다. 개별적인 회분 입자의 크기는 최대 25 mm에서 비산회와 유사한 최소크기까지의 범위이다.

회분 냉각기(34)에 있어서, 회분은 회분 냉각기(34)의 하부(38)와 경사 플로워(40)에 의해 한정된 챔버 베드내로 덕트(36)를 통해 공기가 유동함으로써 유동화된다. 상기 플로워(40)는 평면이며 유입 파이프(32)근처에서의 최대 높이에서 배출구(42)근처에서의 최소 높이로 경사진다. 다수의 L자형 노즐(44)은 플로워(40)를 통해 연장한다. 상기 노즐(44)은 배출구(42) 방향으로 향하고 있다. 따라서, 회분 냉각기(34)내에 배치된 회분은 배출구(42)를 향해 가압된다. 덕트(36)를 통해 회분 냉각기(34)로 진입하는 가스는 회분 냉각기(34)내에서 상향으로 통과하여 덕트(46)로 빠져나간다.

파이프(32)에 의해 회분 냉각기내로 흐르는 회분은 여분의 내화성 재료(48)와 정렬된 부분으로 진입한다. 여분의 내화성 재료(48)는 회분 냉각기(34)의 이 부분에 필요한데, 그 이유는 플레이트(32)내로 들어오는 회분이 회분 냉각기(34)의 유입구에서 최고의 온도를 갖기 때문이다. 회분이 하향 경사진 플로워(40)를 따라 진행하면 회분은 (1)중력의 영향과 (2)노즐(44)로 인해 튜브(50) 상부를 통과한다. 상기 튜브(50)는 유입구 헤더(52)와 통상의 헤더(54; 도 5에서 가장 잘 보임) 중간에서뿐만 아니라 통상의 헤더(54)와 배출구 헤더(56) 사이에서 연장한다. 밸브(58,60)는 유입구 헤더(52)내로의 응축액과 같은 냉각제의 흐름을 제어한다.

배출구(42)에는 차단 밸브(62)와 회분 냉각기(34)의 외부에서 종래의 스크레이퍼 콘베이어(66)로 향하는 회분의 흐름을 계량하는 회전 밸브(64)가 배치된다. 상기 회전 밸브는 종래 방식으로 밸브의 유입구에서 밸브 외부로 측정량을 이동시키는 순환 챔버내에 회전 날개를 갖는다.

본 발명에 따른 회분 냉각기(34)는 플로워(40) 높이로 배치된 회분 배출구(42)를 갖는다. 특히 도 2에서 명백한 것처럼 배출구(42)의 측부는 플로워(40)와 접한다. 이러한 배치는 유동화되지 않은 큰 회분 입자의 제거를 허용하는 장점이 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 따른 장치는 바람직한 외관 비율을 갖는다. 특히, 회분 냉각기는 길이 대 폭이 적어도 3:1의 비율을 갖는 것이 바람직하다. 다른 실시예는 적어도 2:1의 외관 비율을 갖는다. 이것은 대부분의 흐름 및 열전달이 회분 냉각기의 기하학적 중심에 집중되고 열 교환 튜브의 많은 전체 표면 영역을 효율적으로 바이패스한다는 종래 기술이 갖는 문제점을 방지한다. 종래 기술에 있어서는 고온의 회분과 수평 연장하는 플로워 근처에 배치된 튜브 사이의 접촉이 매우 제한되는 것을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 장치가 회분 냉각기의 용적과 영역을 보다 효과적으로 사용하고 또한 크고 무거운 입자를 회분 냉각기로부터 용이하게 제거한다는 점이 동일할 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예에 대해 설명되었다. 이러한 장치 분야의 숙련자라면 여기에서 다른 변형예를 상상하는 기술에 익숙할 것이다. 그러한 변형예는 본 개시에 포함되는 것으로 간주되며, 본 발명은 다음의 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (12)

1. 관련 유동 베드와 유기적으로 작용하는 회분 냉각기에 있어서,

   플로워를 갖는 밀폐체와, 상기 플로워 주위에 배치된 다수의 벽과, 천장을 구비하며,

   상기 밀폐체는 유입구와 배출구를 갖고, 상기 배출구는 상기 플로워에 근접한 벽중 하나에 배치되는 회분 냉각기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플로워는 평면이며 수평면에 대해 경사 관계로 배치되는 회분 냉각기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 배출구는 최하 높이 부분에서 상기 플로워에 근접 배치되는 회분 냉각기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 밀폐체는 장방형이고 제 1 및 제 2 대향 측부와 제 3 및 제 4 대향 측부를 가지며, 상기 제 3 및 제 4 측부는 대향된 제 1 및 제 2 대향 측부보다 긴 회분 냉각기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 대향 측부는 상기 제 3 및 제 4 측부의 길이의 2배 이상인 회분 냉각기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 플로워는 수평면에 대해 경사진 라인을 한정하는 상기 제 1 및 제 2 측부와 플로워의 교차점내에서 상기 제 3 측부에서 제 4 측부로 하향 경사진 회분 냉각기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 유입구는 상기 제 3 측부에 근접 배치되는 회분 냉각기.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 회분 냉각기는 상기 플로워에서 연장하는 다수의 노즐을 또한 포함하는 회분 냉각기.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 다수의 노즐 각각은 상기 플로워 상부에 배치된 헤드를 가지며 유체를 상기 제 4 측부로 향하게 함으로써, 상기 밀폐체내에 배치된 회분이 상기 노즐을 통한 유체 통과에 의해 가압되어 상기 제 4 측부를 향해 이동하는 회분 냉각기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 플로워의 하부에서 상기 밀폐체로 공기를 공급하는 다수의 덕트를 또한 구비하는 회분 냉각기.
11. 제 10 항에 있어서, 다수의 배출 덕트가 상기 밀폐체와 교차하여 가스를 상기 밀폐체로부터 제거하는 회분 냉각기.
12. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 대향 측부는 상기 제 3 및 제 4 측부의 길이의 세배 이상인 회분 냉각기.