KR20010043702A - 증기 발생부가 있는 유동층 연소 시스템 - Google Patents

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Abstract

산업체 설비용의 연소 시스템은 적어도 부분적으로 고체 연료로 동작하는 것이다. 상기 설비는 적어도 10m의 내부 높이를 가진 열 교환실(1)을 가진다. 상기 실(室)은 수평 단면으로 대략 장방형 구역을 둘러싸는 4개 수직 외부 벽을 가진다. 10 내지 60m의 내부 높이를 가지는 관형 연소실(2, 3)이 제 1외부 벽에 대향하여 배치된 제 2외부 벽(1c)과 열 교환실(1)의 제 1외부 벽(1a)의 전방에 배치된다. 각각의 관형상 연소실(2, 3)은 연료와 연소 공기를 공급하는 라인과 10 내지 60m의 내부 높이를 가진다. 가스 흐름으로부터 고형체를 분할하는 적어도 일 분할체(5, 7)는 각각의 관형 연소실(2, 3)의 상부 섹션에 접속되고, 상기 분할체는 열 교환실(1)의 상부 섹션에 접속되는 가스 배출 라인(9)을 가진다.

Description

증기 발생부가 있는 유동층 연소 시스템{FLUIDIZED-BED FIRING SYSTEM WITH GENERATION OF STEAM}
일 예를 들어 DE-A-3107356호 및 DE-A-4135582호와 같은 EP-B-0365723호, EP-A-0416238호에는 소 와트량(smaller wattages)용에 유익한 시스템을 기재하고 있다. 공지된 플랜트에서는 일반적으로 일 유동층 연소실만이 열-교환실과 상관하게 된다. 그런데 상기 공지된 플랜트는 250MW(전기) 이상의 파워 플랜트에 사용되는 대량의 증기를 발생하는 대형 플랜트용으로는 유익하지 않은 것이다.
본 발명은 고체 연료의 연소를 위해 증기를 발생하는 증기 발생부를 가진 유동층 연소 시스템에 관한 것이다.
도 1은 도 2의 I-I선을 따라 길이 방향 단면으로 연소 시스템의 제 1변형예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 단면으로 나타낸 도면.
도 3은 도 1과 유사하게 나타낸 연소 시스템의 제 2변형예를 나타낸 도면.
도 4는 도 2와 유사하게 나타낸 2개 열-교환실을 가진 빅 플랜트를 나타낸 도면.
본 발명의 목적은 소 공간을 필요로 하는 블록으로 설치되며 콤팩트한 설계로 이루어진 상기 언급된 유동층 연소 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명에 따라서 다음의 것이 달성된다.
a)적어도 10m의 내부 높이를 가진 열-교환실에, 냉각 유체가 그를 통하여 흐르는 열-교환 요소가 배치되고 그리고, 열-교환실은 수평 단면으로 거의 장방형인 공간을 둘러싸는 4개 수직 외부벽을 구비하고,
b)열-교환실의 제 1외부벽 앞에, 제 1유동층 연소실이 배치되고 그리고, 제 1외부벽과 대향 위치된 열-교환실의 제 2외부벽 앞에, 제 2유동층 연소실이 배치되며, 여기서 유동층 연소실의 내부 높이는 10 내지 60m 이고, 양호하게는 적어도 20m 이고 그리고, 각각의 유동층 연소실은 연료와 연소 공기를 공급하는 라인을 가지며 그리고,
c)각각의 유동층 연소실의 상부 부분에서, 적어도 일 분할체가 가스 스트림으로부터 고형체를 분할하기 위해 접속되며, 분할체는 열-교환실과 접속된 적어도 일 가스-운반 방출 라인을 가진다.
본 발명의 일 실시예에서, 각 유동층 연소실에, 적어도 일 유동층 쿨러가 상관되고, 분할체 밑에 배치되어 고형체-운반 라인에 의해 그와 함께 접속되며, 그리고 각각의 유동층 쿨러는 적어도 일 라인 운반 고형체 및/또는 가스를 통하는 상관 유동층 연소실과 접속 된다.
본 발명에 따르는 플랜트는 콤팩트한 블록으로 설계 및 설치된다. 동시에, 공간 절감 방식으로 또는 물리적인 분할 없이 일 측이 또는 부가적인 블록이 타 측 옆에 용이하게 배열될 수 있는 것이다. 일 블록 옆에는, 열-교환실의 중앙 배열부가 유동층 연소실에 배급되는 연소 공기용으로 라인이 짧아서 저렴한 비용의 구조를 제공할 수 있으며, 연소 공기는 열-교환실에서 또는 다른 적절한 수단으로 예비-가열된다. 각각의 유동층 연소실은 관련 유동층 쿨러와 접속되어 정적 유닛(static unit)을 형성하며, 유동층 쿨러는 장착 구조로 설계되거나 또는 유동층 연소실로부터 현수된다. 특정한 연소 시스템의 공간 절감 설계에서는, 열 교환실의 제 2외부벽과 제 2유동층 연소실과의 사이에 거리와 같은 제 1외부벽과 제 1유동층 연소실과의 사이에 거리는 0 내지 2m 가 획득된다.
본 발명에 따르는 연소 시스템은 빅 플랜트 용으로 설계된다. 일반적으로, 수평적으로 측정되고 실(室)의 실내의 1/2 높이인 2개 유동층 연소실의 각각의 단면 구역은, 50 내지 300m2이고, 양호하게는 적어도 70m2이다. 일반적으로, 제 1 및 제 2유동층 연소실의 실내는 수평 단면으로 대략 장방형이다. 거대한 빅 플랜트용으로, 2개 이상의 열-교환실과 적어도 3개 유동층 연소실이 교차식으로 나란하게 배열 된다.
도 1 및 도 2에 따르는 플랜트는 도 2에서와 같이, 장방형 단면을 가지는 열-교환실(1)을 중앙에 포함한다. 열-교환실(1)의 4개 수직 외부벽은 도면 번호 1a, 1b, 1c, 1d로 나타내었다. 제 1외부벽(1a)에 인접하여, 제 1유동층 연소실(2)이 제공된다. 대향 벽(1c)에는, 제 2유동층 연소실(3)이 제공된다. 좌측 유동층 연소실(2) 쪽으로, 2개 분할체(5, 6)가 접속되고 그리고 2개 분할체(7, 8)는 우측 유동층 연소실(3)에 대응하여 속해 있다. 각각의 분할체는 도 1에서와 같이 열-교환실(1)의 상부부분에서 개방되는 가스-운반 배출선(9)을 구비한다. 도면과는 다르게, 임의 수의 분할체가 선택될 수 있다. 분할체로서, 여기에는 그 자체로서 알려진 또는 배플 판(baffle plates)으로 공지된 사이클론을 사용하는 경우가 있을 수 있다.
분할체(5-8)에서 분할된 고형체는 그 자체적으로 공지된 유동층 쿨러(12 or 12a)로 라인(11)을 통해 공급된다. 유동층 쿨러에 대한 상세한 설명은 EP-B-0365723호 및 DE-A-4135582호에 예를 들어 기재되어 있다. 필요에 의해서는, 분할체에 의해 분리된 고형체가, 연소실(3)과 함께하여야 명확하게 도면에 나타남으로서, 바이패스 라인(11a)을 경유하여 최근접한 유동층 연소실 안으로 직접 도입될 수 있는 것이다. 만일 유동층 쿨러(12, 12a)가 완전하게 생략되면, 분할체로부터 나오는 고형체가 상기 바이패스 라인을 경유하여 유동층 연소실 안으로 도입된다.
각각의 유동층 쿨러에는 유동 가스, 예를 들면 공기를 공급하기 위한 적어도 일 라인(13)이 장착되고, 고형체를 냉각하기 위한 냉각 요소(14)와 유출구(15)를 구비한다. 통로(16)를 통하여, 냉각된 고형체의 일 부분이 가스와 함께 유동층 연소실(2) 안으로 도입된다. 일 변경예를 열 교환기(12a)와 유동층 연소실(3)과 함께 설명하였으며, 여기서 라인(16)은 냉각된 고형체를 공급하고, 그리고 라인(17)은 연소실(3)에 가열된 유동 가스를 공급한다. 고형체인 과립모양 연료(granular fuels)는 라인(18)을 통하여 실(2, 3)에 공급되고 그리고 산소 함유 유동 가스, 예를 들면, 공기는 라인(19)을 경유하여 공급되며, 무엇보다도 먼저, 배분실(20)에 유입하여, 다음 그리드(21)를 통하여 상방향으로 연소실(2)로 흘러간다. 가스와 고형체를 공급하는 부가적인 지점이 용이하게 제공될 수 있다.
적절한 연료에는 특정하게 무연탄(anthracite coal), 경질탄(hard coal), 갈탄(lignite), 목재, 또는 유혈암(oil shale)이 포함된다. 또한 고형체 연료에 더하여, 패스티(pasty), 액체, 또는 기화 연료, 예를 들면 정제 잔재물 또는 다양한 폐기물이 사용될 수도 있다. 유동층 연소실(2, 3)에 연소 온도는 700 내지 950℃ 범위에 있다.
고온 가스-고형체 현탁물은 트인 구멍(23)을 통하여 그 상부에 유동층 연소실(2 또는 3)을 떠나서 관련 분할체 안으로 흘러가며, 여기서 고형체가 크게 분할된다. 고온 가스는 라인(9)을 통하여 분할체를 떠나며, 열-교환실(1)에서 냉각된다. 열-교환실(1)에는 고온 가스를 간접적으로 냉각하는 수많은 열-교환 요소가 장착되며, 상기 요소에 대해서는 개략적으로만 도면에 나타내었다. 일 측에 요소(24)는 보일러 공급수로부터 증기를 발생하도록 하는 역활을 하며, 여기서 70 내지 350bar에 범위에 압력을 가진 고압 증기와, 20 내지 80bar의 압력을 가진 중간 압력 증기가 동시적으로 또는 교차식으로 발생된다. 1개 이상의 요소(24)가 일 유동층 연소실(2 또는 3) 안으로 연소 공기로서 도입되는 공기를 예비 가열하기 위해 사용되기도 한다.
상기 플랜트는 대량 처리량용으로 설계되어서, 플랜트의 개별 파트는 대응적으로 대형 치수인 것이다. 열-교환실(1)의 반 높이에서 수평적으로 측정되는 열-교환실(1)의 실내의 단면 구역은 150 내지 500m2범위에 있다. 각각의 유동층 연소실(2 또는 3)용으로, 그리드(21) 위에 반 높이로 측정되는 내부 수평적 단면 영역은 50 내지 300m3이다. 그리드(21) 위에 측정되는 실(2 또는 3)의 높이는 20 내지 60m 범위에 있다. 도 2에 나타낸 바와 같은 공통 벽(1a, 1c)의 수평 폭(a)은 10 내지 40m 이다.
연소 시스템에는, 200MW 또는 그 이상의 전력을 가진 파워 플랜트가 접속될 수 있다. 연소 시스템에 민감한 열을 최적하게 활용하기 위해서 모든 고온 벽을,냉각 유체가 그를 통하여 흐르는 박막 관형 벽으로 설계할 수 있다. 유출구(25)를 통하여 열-교환실(1)을 떠나는 냉각 가스는 여기서는 나타내지 않은 가스 클리닝 시스템에 공급된다.
도 1 및 도 2와 관련하여 이미 설명된 바와 같이, 도 3에 따르는 플랜트는 중앙 열-교환실(1), 2개 유동층 연소실(2, 3), 및 분할체(5, 7)를 포함한다. 라인(23a)은 분할체(5, 7)를 가진 유동층 연소실(2, 3)과 접속된다. 도 1과 도 2에서와 동일한 도면 번호는 상기 도면에서의 상태와 동일한 상태를 의미한다. 도 3에 따르는 유동층 연소실은 하방향으로 웨지-모양으로 설계된 것이다.
도 3에 따르는 플랜트에서는, 유동층 연소실(2)과 열-교환실(1)의 외부 벽(1a)과의 사이가 2m 이상의 거리이며, 원거리 라인(11)은 유동층 쿨러(12)로 통해서 지나간다. 동일한 거리가 유동층 연소실(3)과 벽(1c) 사이에 존재한다. 분할체(5, 7)가 실(2, 3) 위에 배치됨으로서, 블록은 하이 이고 그리고 적은 그라운드 구역을 필요로 한다.
수평 단면으로 도 4에 개략적으로 나타낸 빅 플랜트에서, 2개 열-교환실(1)과 3개 유동층 연소실(2, 3, 4)은 교차식으로 나란하게 배치된다. 분할체에는 도면 번호 '5' 내지 '8'을 부여 하였다. 도 4에 도시된 열 배치(row arrangement)와 대조적으로, 실(室)에는 부가적인 열-교환실 및/또는 유동층 연소실이 함께 배치되어 수평 단면으로 완전한 십자형, L형 또는 T형을 형성한다.

Claims (7)

  1. 고체 연료의 연소용으로 증기를 발생하는 증기 발생부를 가진 유동층 연소 시스템에서:
    a)적어도 10m의 내부 높이를 가진 열-교환실에, 냉각 유체가 그를 통하여 흐르는 열-교환 요소가 배치되고 그리고, 열-교환실은 수평 단면으로 거의 장방형인 공간을 둘러싸는 4개 수직 외부벽을 구비하고,
    b)열-교환실의 제 1외부벽 앞에, 제 1유동층 연소실이 배치되고 그리고, 제 1외부벽과 대향 위치된 열-교환실의 제 2외부벽 앞에, 제 2유동층 연소실이 배치되며, 여기서 유동층 연소실의 내부 높이는 10 내지 60m 이고, 그리고, 각각의 유동층 연소실은 연료와 연소 공기를 공급하는 라인을 가지며 그리고,
    c)각각의 유동층 연소실의 상부 부분에서, 적어도 일 분할체가 가스 스트림으로부터 고형체를 분할하기 위해 접속되며, 분할체는 열-교환실과 접속된 적어도 일 가스-운반 방출 라인을 가지는 것을 특징으로 하는 유동층 연소 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 각 유동층 연소실에, 적어도 일 유동층 쿨러가 상관되고, 분할체 밑에 배치되어 고형체-운반 라인에 의해 그와 함께 접속되며, 그리고 각각의 유동층 쿨러는 적어도 일 라인 운반 고형체 및/또는 가스를 통하는 상관 유동층 연소실과 접속되는 것을 특징으로 하는 유동층 연소 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 열 교환실의 제 2외부벽과 제 2유동층 연소실과의 사이에 거리와 같이 제 1외부벽과 제 1유동층 연소실과의 사이에 거리는 0 내지 2m 인 것을 특징으로 하는 유동층 연소 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 수평적으로 측정되고 실(室)의 실내의 1/2 높이인 2개 유동층 연소실의 각각의 단면 구역은, 50 내지 300m2인 것을 특징으로 하는 유동층 연소 시스템.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 및 제 2유동층 연소실의 실내는 수평 단면으로 대략 장방형인 것을 특징으로 하는 유동층 연소 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 열-교환실과 유동층 연소실은 10 내지 40m의 폭(a)을 가지는 것을 특징으로 하는 유동층 연소 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 열-교환실과, 적어도 3개 유동층 연소실이 상관되는 것을 특징으로 하는 유동층 연소 시스템.
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