KR20030007169A - 내부에 제어가능한 열교환기를 갖춘 순환유동상 - Google Patents

내부에 제어가능한 열교환기를 갖춘 순환유동상 Download PDF

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선다라엠. 카비다스
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Abstract

본 발명은 내부에 제어가능한 열교환기를 갖춘 순환유동상에 관한 것으로, 순환유동상 보일러는 가열표면을 수용하고서 순환유동상 보일러의 하부내에 위치된 하나 이상의 기포유동상 구획부를 갖추어, 감소된 유효지역면적과 함께 밀집되고 효율적인 구조를 제공한다. 상기 가열표면은 순환유동상 격자 위에 위치된 기포유동상이나, 순환유동상 보일러의 하부의 내부에서 순환유동상 격자 아래의 이동하면서 채워진 유동상에 구비된다. 기포유동상내의 고체들은 별도로 제어되는 유동가스 공급부에 의해 저속 기포유동상의 상태로 유지된다. 개별적으로 제어된 유동가스는 기포유동상에서 유동상수준을 제어하거나, 기포유동상을 통하는 고체의 처리량을 제어하는 데에 사용된다. 기포유동상으로부터 배출된 고체들은 순환유동상 보일러의 둘러싸고 있는 순환유동상 주변으로 바로 회귀되거나, 처리를 위해 시스템으로부터 제거되거나, 순환유동상으로 다시 재순환하게 된다. 순환유동상으로 다시 재순환되는 고체들은 적은 열을 가지며, 순환유동상에서 고속이동 유동상의 온도를 제어하는 데에 이용될 수 있다.

Description

내부에 제어가능한 열교환기를 갖춘 순환유동상{CFB with controllable in-bed heat exchanger}
본 발명은 전체적으로 발전설비에 사용되는 것과 같은 순환유동상(CFB) 반응기 또는 보일러 분야에 관한 것으로, 특히 배출되는 고체의 또는 순환유동상 반응실내의 온도조절을 허용하는 새롭고 유용한 순환유동상 반응기 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 순환유동상 반응기 구조는 순환유동상 뿐만 아니라 순환유동상 반응기의 구획부 하부에 있는 하나 이상의 기포유동상(BFB)을 수용하고 지지하는데, 즉 하나 이상의 저속 기포유동상 영역이 고속 순환유동상 영역내에 유지되고 위치된다. 가열표면의 배열부는 기포유동상내에 위치되는 바, 가열표면으로의 열전달은 별도로 제어되는 유동가스를 기포유동상으로 제공하여 바람직한 상(床)의 수준을 유지하거나 기포유동상을 통하는 고체의 처리량을 조절함으로써 제어된다.
발명자들에게 알려진 종래기술에 따른 대부분의 기포유동상의 열교환기는 순환유동상 반응실의 외부에 위치되고서 적어도 하나의 구획벽을 차지한다.
예컨대, 힙파넨(Hyppanen)의 미국 특허 제 5,526,775호와 동 제 5,533,471호에는 일체로 된 열교환기를 갖춘 인접한 기포유동상을 갖춘 순환유동상이 게재되어 있다. 미국 특허 제 5,533,471호에는 보다 빠르게 이동하는 순환유동상 체임버의 바닥의 측면과 그 아래에 저속 기포유동상을 놓는 것을 나타내고 있다. 미국 특허 제 5,526,775호에서는 저속 기포유동상이 고속 순환유동상의 측면과 그 위에 있다. 각각의 저속 유동상들은, 입자들이 저속 유동상 체임버의 측면에 있는 개구부로부터 주요 순환유동상 체임버로 다시 배출될 수 있게 함으로써 제어된다. 또한, 이들 열교환기는 각각의 유동상에 대해 상이한 가스분배격자의 높이를 요구하는데, 이는 대체로 순환유동상 시스템의 구조를 복잡하게 한다. 그 결과, 순환유동상의 설계면적이 증대될 수 있다.
다른 특허들은 고속 순환유동상의 저속 기포유동상 영역내가 아닌 순환유동상 노(爐)의 격자 위에 위치된 열교환기부재를 기술하고 있다. 예컨대,골드배치(Goldbach)의 미국 특허 제 5,190,451호는 체임버의 하부끝에서 유동상내에 잠겨 있는 열교환기를 갖춘 순환유동상 체임버를 도해한다. 상기 유동상은 전체 유동상에 대하여 순환속도를 제어하는 단지 하나의 공기분사기를 갖추고 있다.
디에쯔(Dietz)의 미국 특허 제 5,299,532호에는 주요 순환유동상 체임버에 바로 인접한 재순환 체임버를 갖춘 순환유동상이 기술되어 있다. 상기 재순환 체임버는 주요 순환유동상 체임버의 상부배출구와 재순환 체임버 사이에 연결된 사이클론 분리기로부터 부분적으로 연소된 입자를 수용한다. 열교환기가 재순환 체임버의 내부에 구비되고, 재순환 체임버는 수관벽에 의해 주요 순환유동상 체임버로부터 분리되면서 노구획부 하부의 일부를 차지하는데, 상기 재순환 체임버는 노구획부에서 밖으로 뻗어 있지 않다.
알리스톤(Alliston) 등의 미국 특허 제 5,184,671호는 복합 유동상 영역을 갖춘 열교환기를 나타낸다. 한 영역이 열교환표면을 갖춘 반면에, 다른 영역들은 유동상 재료와 열교환기 표면 사이에서 열전달속도를 제어하는 데에 이용된다.
이들 종래기술에 따른 기포유동상은 순환유동상 반응기의 전체 구조를 단순화시키고 반응제의 공급과 유지 및 관찰을 위한 구획벽으로의 용이한 접근을 허용하는 방식으로 병합되지는 않았다.
본 발명은 순환유동상의 설계면적을 증대시키지 않고서 저속 기포유동상에 내부의 열교환기를 갖춘 순환유동상 보일러 또는 반응기를 제공함으로써 종래기술에 따른 순환유동상의 저속 유동상 열교환기의 한계를 극복하고자 한다.
따라서, 본 발명의 한 양상은 순환유동상 보일러로 이루어지는데, 이는 유동가스를 순환유동상 반응실로 공급하는 순환유동상 반응실의 하부끝에 바닥을 한정하는 격자와 측벽들을 갖춘 순환유동상 반응실을 구비한다. 이 순환유동상 반응실의 제 1영역에서 유동화된 고체들의 고속이동 유동상을 생성하는 데에 충분한 격자의 제 1부분에 소정의 유동가스를 공급하고, 상기 순환유동상 반응실의 제 2영역에서 유동화된 고체들의 기포유동상을 생성하는 데에 충분한 격자의 제 2부분에 소정의 유동가스를 공급하는 수단들이 구비된다. 한 영역에 공급된 소정의 유동가스는 다른 영역에 공급된 소정의 유동가스와는 독립적으로 제어될 수 있다. 끝으로, 고속이동 유동상을 제어하도록 고체들을 유동상 보일러로 재순환시키거나 고체들을 유동상 보일러로부터 제거하기 위해 제 1 및 제 2영역으로부터 고체들을 제거하는 수단들이 구비된다.
따라서, 순환유동상 보일러는 고속이동의 순환유동상으로 작동하는 제 1부분 또는 영역과, 저속 기포유동상으로 작동하는 제 2부분 또는 영역의 두 부분으로 분할된다.
상기 저속 기포유동상의 높이는 그 구획벽의 높이에 상응하는 범위내로 조절된다. 저속 유동상의 높이를 조절하는 기구는 구획부의 상부와 통하는 출구와, 구획부의 바닥쪽 선단과 통하는 밸브로 조절되는 출구를 구비한다.
다른 실시예에서, 바닥높이인 격자의 일부는 입자들이 통과하여 떨어질 수 있기에 충분한 개구부를 갖춘다. 열교환기는 주요 순환유동상 체임버의 바로 아래에 위치된다. 제 2유동가스 공급부는 열교환기 위의 격자영역에 구비된다. 저속 기포유동상에 의해 격자 아래의 구역으로 통과하여 떨어지는 소정의 입자들은 그들의 제거와 재순환 속도를 조절함으로써 제어된다.
또 다른 실시예에서, 한쪽 열교환기를 위한 위쪽 격자 구획부는 제 2열교환기의 아래쪽 격자 위치와 결합된다.
본 발명에 따른 향상된 순환유동상 구조는 순환유동상 유효지역(footprint)의 크기를 감소될 수 있게 하고, 구획벽들이 똑바르게 될 수 있게 한다. 이는 구조상 더욱 간단하게 하며, 반응제의 공급을 위해 구획벽으로의 접근을 더욱 용이하게 한다.
본 발명을 특징짓는 새롭고 다양한 형태들은 이 명세서의 일부를 형성하고서 이에 첨부된 청구범위에 특별히 기술되어 있다. 본 발명과, 그 작동상의 장점 및, 이용으로 얻어지는 특정한 목적들을 보다 잘 이해하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예가 도해된 첨부도면과 설명을 참조로 한다.
도 1은 순환유동상 보일러내의 기포유동상 구획부를 도시한 본 발명의 제 1실시예에 따른 순환유동상 보일러의 정단면도이고,
도 2는 화살표 2-2의 방향에서 바라본, 도 1에 도시된 순환유동상 보일러의 평단면도,
도 3은 하나 이상의 내부도관을 매개로 기포유동상 구획부로부터 고체를 제거하는 것을 도시한 본 발명의 제 2실시예에 따른 순환유동상 보일러의 부분 정단면도,
도 4는 하나 이상의 비기계적인 밸브를 매개로 기포유동상 구획부로부터 고체를 제거하는 것을 도시한 본 발명의 제 3실시예에 따른 순환유동상 보일러의 부분 정단면도,
도 5는 순환유동상 보일러의 격자높이의 상부면 아래에 위치된 공기공급관의 배열부 아래에 가열표면을 위치시킨 것을 도시한 본 발명의 제 4실시예에 따른 순환유동상 보일러의 부분 정단면도,
도 6은 순환유동상 보일러의 격자높이의 상부면 아래에 위치된 공기공급관의배열부내에 가열표면을 위치시킨 것을 도시한 본 발명의 제 5실시예에 따른 순환유동상 보일러의 부분 정단면도,
도 7은 순환유동상 보일러의 격자높이의 상부면 아래에 위치된 공기공급관의 배열부 아래와 그 안에 가열표면을 위치시킨 것을 도시한 본 발명의 제 6실시예에 따른 순환유동상 보일러의 부분 정단면도,
도 8은 본 발명의 여러 원리를 응용한 것을 도시한 순환유동상 보일러의 부분 정단면도,
도 9 내지 도 14는 본 발명에 따른 가열표면을 수용하는 기포유동상 구획부의 순환유동상 보일러 내부에서의 선택적인 위치들을 도시한 평면도,
도 15는 기포유동상 구획부의 구조의 한 형태를 도시한 순환유동상 보일러의 하부 사시도,
도 16은 기포유동상 구획부의 구조의 다른 형태를 도시한 순환유동상 보일러의 하부 사시도이다.
여기에서, 순환유동상 보일러라는 용어는 연소공정이 일어나는 순환유동상 반응기 또는 연소기를 가르키는 데에 사용될 것이다. 본 발명이 특히 열이 생성되는 수단으로서 순환유동상 연소기를 사용하는 보일러 또는 증기발전기에 관한 것인 한편, 본 발명이 다른 종류의 순환유동상 반응기에 용이하게 사용될 수 있음을 알 수 있다. 예컨대, 본 발명은 연소공정과는 다른 화학반응을 위해 사용되는 반응기나, 다른 곳에서 일어나는 연소공정으로부터의 가스와 고체 혼합물이 다른 공정을 위해 반응기에 공급되는 곳, 또는 반응기가 단지 입자나 고체들이 연소공정의 부산물이 반드시 아닐 수도 있는 가스로 비말동반되는 구획부를 제공하는 곳에 사용될 수 있다.
이제 도면을 참조로 하는 바, 유사한 참조번호가 여러 도면들에 걸쳐 동일하거나 기능적으로 유사한 부재들을 표시하며, 특히 도 1에서는 일반적으로 순환유동상 보일러(10)라 불리우는 순환유동상 반응기 또는 보일러를 도시하고 있다. 이 순환유동상 보일러(10)는 순환유동상(14)을 수용하는 반응기나 반응실 또는 노구획부(12)를 갖춘다. 당해분야의 숙련자들에게 알려져 있는 바와 같이, 노구획부(12)는 전형적으로 직사각형상의 단면을 갖고서, 기밀한 반응기 구획부(12)를 성취하도록 전형적으로 강철막에 의해 서로 분리된 물 또는 증기이송관들로 이루어진 유체냉각의 막형상관으로 된 구획벽(16)을 구비한다.
공기(18)와 연료(20) 및 흡수제(22)는 노(12)의 하부로 공급되고 연소공정에서 반응하여, 노반응기(12)를 통해 위로 지나가는 고온의 연도가스와 비말동반된 입자들(24)을 생성한다. 다음으로, 고온의 연도가스와 비말동반된 입자들(24)은 도시된 바와 같이 고온의 연도가스가 배기연도(32)로 이송되기 전에 여러 세척 및 열제거 단계들(28,30)을 거쳐 각각 이송된다. 수집된 입자들(26)은 추가적인 연소 또는 반응이 일어날 수 있는 노의 하부로 되돌아간다.
이 노(12)의 하부는 전형적으로 공기인 유동가스가 소정의 압력하에 공급되어 연료(20)와, 흡수제(22), 수집된 고체입자들(26) 및, 시스템으로부터 제거되고재순환된 고체입자들(40;아래에 기술됨)의 상(床)을 유동화시켜 위로 통하게 하는 유동가스 분배격자(34;바람직하기로 다수의 기포캡(도시되지 않음)을 구비한 천공된 플레이트나 유사한 것)를 구비한다. 상기 연료(20)의 완전연소를 위해 필요한 임의의 추가적인 공기가 바람직하기로 18로 도시된 바와 같이 구획벽(16)을 통해 공급된다. 따라서, 고속이동의 순환유동상(14)이 분배격자(34) 위에서 창출되면서, 고체입자들은 연소공정으로부터 생성되는 연도가스를 통해, 그리고 그 안에서 급속히 이동한다.
순환유동상(14)이 비말동반된 고체들의 활발한 순환을 특징으로 하지만, 이들 고체들의 일부는 격자(34)로부터의 상향가스흐름에 의해 지지될 수 없어서, 격자(34)쪽으로 다시 떨어지는 한편, 다른 고체들은 전술된 바와 같이 노(12)를 통해 계속 위로 나아간다. 일부 고체입자들은 상의 배출구(36)를 통해 노(12)의 하부로부터 제거되고, 38로 도시된 바와 같이 시스템으로부터 제거되거나, 40으로 도시된 바와 같이 재순환될 수 있다. 상의 배출구(36)를 통해 제거된 고체들의 흐름은 기계적인 회전밸브나 나사, 공기보조식 컨베이어나 밸브, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 공지된 방식으로 제어될 수 있다. 어떤 경우에는, 노의 하부(12)가 고체입자들의 강한 낙하에 노출됨을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 가장 단순한 형태에서 구획벽(44)을 갖춘 기포유동상 구획부(42)가 그 하부에서 노(12)내에 있는 격자(34) 위에 구비되고, 순환유동상 보일러(10)의 작동동안 기포유동상(46)을 포함한다. 구획벽(44)은 격자(34)를 통해 위로 유동가스를 별도로 공급하고 조절함으로써 창출되는데, 즉 순환유동상(14)을형성하는 격자(34)를 통해 위로 공급된 유동가스의 부분과는 별개이다. 따라서, 순환유동상 보일러(10)는 격자 위에서 일반적인 유형의 두 영역으로 분할되는 바, 여기서 이들 영역은 상이한 양의 유동가스를 격자를 통해 각 영역으로 공급하고 조절함으로써 창출된다. 물론, 제 1영역은 주요 순환유동상 영역인 한편, 제 2영역은 순환유동상 영역(14)내에 수용되는 기포유동상 영역(46)이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기포유동상(46)에 공급된 유동가스는 48로 표시되고, 50으로 개략적으로 표시된 밸브 또는 제어수단에 의해 제어된다. 순환유동상(14)을 형성하도록 공급된 유동가스는 52로 표시되고, 54로 개략적으로 표시된 밸브 또는 제어수단에 의해 제어된다.
상기 기포유동상(46)으로부터 열을 흡수하는 가열표면(56)의 배열부는 기포유동상 구획부(42)내에 위치된다. 상기 가열표면(56)은 바람직하기로 당해분야의 숙련자들에게 알려진 과열기나, 재열기, 절탄기, 증발보일러, 또는 이러한 유형의 가열표면들의 조합으로 될 수 있다. 가열표면(56)은 전형적으로 물이나, 물과 증기인 두 상(相)의 혼합물, 또는 증기와 같은 열전달매체를 이송하는 구불구불한 관들의 배열부이다. 전체 노(12)가 순환유동상 모드로 작동하는 한편, 기포유동상(46)은 이 기포유동상 구획부(42)의 밑에 있는 격자(34)의 부분을 통해 위로 공급되는 소정의 유동가스(48)를 50에서와 같이 별도로 조절함으로써 작동되고 제어된다. 노(12)의 하부에서 순환유동상(14)으로부터 낙하하는 고체입자들(24)이 기포유동상(46)에 공급된다.
기포유동상 구획부(42)의 구획벽(44)은 모두 동일한 높이나 다른 높이로, 그리고 수직하거나 경사지거나 이의 조합으로 될 수 있다. 기포유동상 구획부(42)의 상부는 경사져 있거나 대체로 수평하게 될 수 있으며, 필요하면 부분적으로 덮어씌워질 수 있다. 하지만, 상기 구획부(42)내에서 기포유동상(46)의 최대수준 또는 높이는 구획부(42)의 가장 짧은 구획벽(44)의 높이로 제한된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기포유동상 구획부(42)의 하나의 바람직한 위치는 노(12)의 중심부에 있다. 하지만, 아래의 도 9 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 노(12)의 하부내에서 기포유동상 구획부(42)를 위한 다른 위치들도 적용할 수 있다.
본 발명의 중요한 양상은 기포유동상(46)이 이 기포유동상(46)내에 위치된 가열표면(56)으로의 열전달을 조절하도록 제어될 수 있다는 것이다. 이는 상기 기포유동상(46)내에서 고체들의 수준을 제어하거나, 상기 기포유동상(46)내에 위치된 가열표면(56)을 가로지르는 고체들의 처리량을 제어함으로써 성취될 수 있다.
도 3은 기포유동상(46)내에서의 열전달을 제어하는 하나의 선택적인 수단을 도시하는데, 이는 격자(34) 바로 위에 있는 유동상(46)의 하부에서 구획벽(44)의 최하단부 또는 그 위의 상부높이로 뻗어 있는 하나 이상의 도관(58)들로 된 설비를 구비하고, 이 도관(58)은 이러한 기준을 만족하는 임의의 일반적인 형태를 가질 수 있다. 각 도관(58)의 아래에는 밸브수단(62)을 매개로 조절된 유동가스(60)를 받아들이는 별도의 유동화수단과 가스도관(57)이 구비되어 있다. 이 가스도관(57)의 바로 위에 위치된 도관(58)에서 고체입자들을 유동화시킴으로써, 상기 도관(58)을 통한 고체입자들의 상향이동이 증진되고, 고체입자들이 기포유동상(46)에서 둘러싸고 있는 순환유동상(14)으로 방출되게 한다. 유동가스(60)의 속도가 증대되거나 추가적인 도관(58)이 작동중에 놓이게 될 때, 기포유동상(46)으로부터의 전체 입자들의 방출은 순환유동상(14)에서 유동상(46)으로의 고체유입을 초과하여 유동상수준이 감소되게 한다. 유동상(46)으로부터의 고체방출이 순환유동상(14)으로부터의 고체유입을 초과하면 할수록, 유동상수준은 낮아지게 될 것이다.
도 4는 가스도관(57)과 밸브수단(68)을 매개로 조절되고서 각각 그 자신의 제어된 가스공급부(66)를 갖춘 하나 이상의 비기계적인 밸브(64)의 설비를 포함하는, 기포유동상(46)내에서 열전달을 제어하는 다른 수단을 도시하고 있다. 밸브(64) 근처로의 가스흐름은 기포유동상(46)의 하부에서 순환유동상(14)으로의 고체방출을 증진시킨다. 다시, 가스흐름의 속도와 작동중인 밸브(64)의 수를 조절함으로써, 기포유동상의 수준은 전술된 것과 유사한 방식으로 제어될 수 있다.
전체 고체방출이 고체유입보다 낮게 될 때, 유동상(46)의 수준은 일정하게 되고, 최하단 구획벽(44)의 높이에 의해 결정된다. 이러한 상황에서, 도 3 또는 도 4에 도시된 방법 중 하나를 매개로 유동상(46)의 하부에서 고체방출을 증대시키면, 유동상(46)의 상부에서 가열표면(56)으로 "신선한" 유입고체의 증가된 공급을 초래하게 된다. 이는 유동상(46)과 가열표면(56) 사이의 열전달을 증강시킨다. 유동상(46)으로부터의 방출속도가 더욱 증대되면, 유동상수준은 감소하여서, 유동상(46)의 고체들에 묻힌 가열표면(56)의 구역을 감소시킨다. 가열표면의 묻혀지지 않은 부분에 대한 열전달속도가 묻힌 부분에 대한 것보다 현저히 낮기 때문에, 가열표면으로의 전체 열전달속도와 이를 통해 이송되는 그 열전달매체는 감소된다. 이는 전체 열전달이 작동상의 조건 또는 편리에 의해 지시된 바와 다른 모드로, 일정한 또는 가변적인 유동상(46)의 수준에 의해 제어될 수 있기 때문에, 순환유동상 보일러(10)의 작업자에게 향상된 작동상의 융통성을 제공하게 된다.
열이 고체에서 가열표면(56)으로 전달될 때, 기포유동상(46)내에 있는 고체의 온도는 순환유동상(14)에서와는 상이하게 된다. 순환유동상 보일러(10)의 하부로부터 고체의 제거가 요구되면, 순환유동상 노(12)로부터 냉각된 바닥의 재를 제거하는 것은 뜨거운 고체들이 제거되면 일어날 수 있는 현저한 열손실을 절감시키기 때문에, 상기 고체를 기포유동상(46)에서 방출하는 것이 이롭게 될 수 있다.
도 5는 본 발명을 이행하는 다른 방식을 도시하고 있는 바, 이 실시예에서 순환유동상 노(12)의 하부는 다시 그 자신의 유동가스공급부(52)를 갖춘 유동화 격자(34)를 구비한다. 하지만, 격자(34)의 하나 이상의 부분(70)이 그 자신의 별개로 제어되는 가스공급부(72)를 구비한다. 상기 격자의 부분(70)은 유동상의 고체입자들이 이 격자를 통해 아래쪽으로 떨어지기에 충분한 개구부를 제공하도록 서로로부터 이격된 기포캡(78)을 구비한 공기공급관(76)의 배열부를 갖춘다. 본 발명의 한 양상에서, 이들 입자는 격자(34)의 높이의 상부표면 아래이되, 이 격자(34)의 근처에 위치된 가열표면(74)을 가로질러 낙하한다. 이 형태에서, 가열표면(74)은 방출된 고체들을 전술된 바와 같이 제거하거나 다시 순환유동상 보일러(10)로 재순환시키기 전에 상기 방출된 고체들을 냉각시키는 용도로 아주 적합하다.
아래로 이동하는 고체입자들은 가열표면(74)을 가로질러 지나가면서 고체입자들과 가열표면(74) 사이에 열전달을 일으킨다. 다시, 전체 열전달은 상기 가열표면(74)을 가로지르는 고체흐름의 속도를 조절함으로써 제어될 수 있는데, 그 후에고체들은 앞에서와 같이 제거되거나 다시 순환유동상(14)으로 재순환될 수 있다. 이러한 제거와 재순환 흐름은 예컨대 회전밸브나 나사와 같은 기계적인 장치나, 예컨대 공기보조식 컨베이어나 밸브와 같은 비기계적인 장치, 또는 기계적인 장치와 비기계적인 장치의 조합과 같은 공지된 수단에 의해 조정될 수 있다. 도 6과 도 7은 격자높이의 아래에 가열표면(74)을 위치시킨 다른 변형예를 도시하는 바, 도 6에서는 가열표면(80)이 부분(70)의 공기공급관들 중간에 산재되어 위치되는 한편, 도 7에서는 가열표면(74)이 부분(70)의 공기공급관들 아래에 위치되고서 추가적인 가열표면(80)이 부분(70)의 공기공급관들 중간에 산재되어 위치된다.
순환유동상 보일러(10)의 바깥쪽 측면에 벗어나 있는 것과 대조적으로, 순환유동상 체임버(12)내에 가열표면(74,80)을 갖춘 기포유동상 구획부(42)를 위치시키는 방식을 개발함으로써, 순환유동상 보일러(10)의 전체 유효지역 또는 설계면적이 절감된다. 또한, 순환유동상 체임버(12)는 똑바른 측벽(16)을 갖출 수 있는데, 침식 및 보수를 감소시키는 한편, 연소공정에 반응제를 공급하고 추가적인 구조물을 설치하며 보수를 이행하기 위한 구획벽(16)으로 접근을 용이하게 한다. 기포유동상 구획부(42)에 의해 점유된 격자(34)의 전체 면적과 순환유동상 격자(34)의 평균 면적이 순환유동상 체임버(12)의 상부의 설계면적과 동일하게 선택될 때, 똑바른 노구획벽(16)이 이용될 수 있다. 이러한 경우에 상향가스의 요구되는 속도는 여전히 하부에서 성취될 수 있다.
도 8은 본 발명의 여러 원리를 응용한 것을 도시한 순환유동상 보일러의 부분 정단면도로서, 도시된 바와 같이 격자(34)위에 위치된 가열표면(56)과 공기공급관(76) 아래에 위치된 가열표면(74)이 구비될 수 있다. 앞에서와 같이, 가열표면(80)도 필요하면 포함될 수 있다. 이 실시예에서, 기포유동상(46)내에서 열전달을 제어하는 수단은 가스도관(57)과 밸브수단(68;도시되지 않음)을 매개로 제어된 각각 그 자신의 제어된 가스공급부(66;도시되지 않음)를 갖춘 하나 이상의 비기계적인 밸브(64)의 설비를 구비한다.
지금까지 각각의 실시예들은 순환유동상 체임버의 대체로 중앙에 있는 것으로 기포유동상 구획부(42)를 도해하였지만, 도 9 내지 도 14에 도시된 바와 같이 하나 이상의 기포유동상 구획부(42)가 순환유동상 보일러내의 다른 위치에 위치될 수 있다. 도 9 내지 도 14는 하나 이상의 기포유동상 구획부(42)가 위치될 수 있는 순환유동상 보일러(10)내의 다른 위치들을 각각 도시하고 있다. 각 경우에 알 수 있는 바와 같이, 상기 구획부(42)는 순환유동상 체임버(12)의 노구획벽(16)내에 완전히 위치되어서, 순환유동상 보일러(10)의 감소된 설계면적을 제공한다. 순환유동상 보일러(10)내의 특정한 위치에 관계없이, 기포유동상 구획부(42)는 순환유동상 보일러(10)에 필요한 유효지역의 공간을 절감하면서 효과적인 방식으로 순환유동상(10)의 작동을 제어하도록 전술된 바와 같이 사용될 수 있다.
기포유동상 구획부(42)를 형성하는 구획벽(44)은 여러 방식으로 구성될 수 있는 바, 바람직하기로 구획벽(44)은 작업동안 관들의 침식을 방지하기 위해 벽돌이나 내화물과 같은 내식성 재료로 덮어씌워진 유체냉각식 관들로 구성된다. 도 15는 기포유동상 구획부(42)의 구조의 한 형태를 도시하는, 순환유동상 체임버(12)의 하부사시도로서, 이는 특히 임의의 노구획벽(16)에 인접하지 않은 구획부(42)에 적합하다. 상기 벽(44)은 벽돌이나 내화물(84)로 덮어씌워진 유체냉각식 관들(82)로 이루어진다. 입구헤더 또는 출구헤더가 공지된 유형으로 관(82)들을 통해 이송된 유체를 공급하거나 수집하는 데에 필요하면 구비될 수 있다. 도 15에서, 예컨대 입구헤더(86)가 격자(34) 밑에 구비될 수 있고, 이는 관들(82)에 공급한다. 기포유동상 구획부(42)를 일주한 후에, 관들(82)은 순환유동상 노(12)의 전체 높이(도 15에 도시되지 않음)에 걸쳐 뻗어 있을 수 있는 분할벽(90)을 형성하고, 노(12)의 지붕 위의 상부출구헤더(역시 도시되지 않음)에서 끝나게 된다.
기포유동상 구획부(42)가 적어도 하나의 노구획벽(16)에 인접할 때 다른 선택적인 구조가 사용될 수 있다. 도 16은 이러한 기포유동상 구획부(42)의 구조를 도시한, 순환유동상 체임버(12)의 다른 하부사시도로서, 다시 구획벽(44)은 내화물이 덮어씌워진 관들(82)로 이루어지는데, 이 경우에 이들은 관구획벽(16)을 관통하고 입구헤더(86)와 출구헤더(88)를 구비하고 있다.
본 발명의 특정한 실시예들이 본 발명의 원리의 응용을 도해하도록 상세히 설명되고 도시되었지만, 당해분야의 숙련자들은 이러한 원리로부터 벗어남 없이 다음 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 형태에 변형이 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 예컨대, 본 발명은 순환유동상 반응기 또는 연소기를 포함하는 새로운 구조나, 현존하는 순환유동상 반응기 또는 연소기의 교체나 보수 또는 변형에 적용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 본 발명의 어떤 특성은 때때로 다른 특성을 대응하게 이용하지 않고서 장점으로 이용될 수 있다. 따라서, 이러한 모든 변형과 실시예들이 적당히 다음 청구범위의 범주내에 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 향상된 순환유동상 구조는 순환유동상 유효지역의 크기를 감소될 수 있게 하고, 구획벽들이 똑바르게 될 수 있게 하는데, 이는 구조상 더욱 간단하게 하며, 반응제의 공급을 위해 구획벽으로의 접근을 더욱 용이하게 하는 효과기 있게 된다.

Claims (24)

  1. 유동가스를 순환유동상 반응실로 공급하는 순환유동상 반응실의 하부끝에서 바닥을 한정하는 격자와 측벽들을 갖춘 순환유동상 반응실과;
    이 순환유동상 반응실내의 제 1영역에서 유동화된 고체들의 고속이동 유동상을 생성하기에 충분한 격자의 제 1부분으로 소정의 유동가스를 공급하는 한편, 상기 순환유동상 반응실내의 제 2영역에서 유동화된 고체들의 기포유동상을 생성하기에 충분한 격자의 제 2부분으로 소정의 유동가스를 공급하되, 한쪽 영역에 공급되는 상기 소정의 유동가스는 다른쪽 영역에 공급된 소정의 유동가스와는 독립적으로 제어가능한 수단들 및;
    순환유동상 보일러로부터 고체들을 제거하거나 순환유동상 보일러로 고체들을 재순환시키도록 상기 제 1 및 제 2영역에서 고체들을 제거하는 수단;을 구비한 순환유동상 보일러.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 순환유동상 반응실내에 제 2영역을 한정하는 적어도 하나의 기포유동상 구획부를 구비하는 순환유동상 보일러.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기포유동상 구획부는 순환유동상 반응실의 벽에 인접하고서 대략 그 중심의 한쪽에서 순환유동상 반응실내에 위치되는 순환유동상 보일러.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 순환유동상 반응실내에 제 2영역을 한정하는 복수의 기포유동상 구획부를 구비하는 순환유동상 보일러.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 복수의 기포유동상 구획부는 순환유동상 반응실의 벽에 인접하고서 대략 그 중심의 양쪽에서 순환유동상 반응실내에 위치되는 순환유동상 보일러.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 순환유동상 반응실내에 제 2영역을 한정하는 적어도 하나의 기포유동상 구획부를 구비하되, 이 구획부는 바닥에서 위쪽으로 뻗어 있는 벽을 갖추고, 각 구획벽은 수직하고 경사진 것 중 하나로 방위를 갖는 순환유동상 보일러.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 유동화된 고체들의 기포유동상으로부터 열을 흡수하도록 제 2영역내에 위치된 제 1가열표면을 구비하는 순환유동상 보일러.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 격자의 제 2부분내의 바닥에 있는 적어도 하나의 개구부와, 이 적어도 하나의 개구부의 아래에 있고서 독립적으로 제어가능한 유동가스 공급수단, 상기 격자의 밑에 위치된 제 2가열표면 및, 상기 제 2영역에서 제 2가열표면으로 고체들이 흐르는 경로를 구비하되, 상기 제 2영역에서부터 이송되고 상기 제 2가열표면을 가로질러 통과하는 고체들은 순환유동상 반응실로 재순환되거나 제거된 것들 중 적어도 하나인 순환유동상 보일러.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 2영역에서 제 2가열표면으로의 경로에서 유동가스 공급수단내에 산재되어 위치된 제 3가열표면을 구비하되, 상기 제 2영역에서부터 이송되고 상기 제 3과 제 2가열표면을 가로질러 통과하는 고체들은 순환유동상 반응실로 재순환되거나 제거된 것들 중 적어도 하나인 순환유동상 보일러.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 1과 제 2 및 제 3가열표면은 과열기와, 재열기, 증발기 및, 절탄기 표면 중 적어도 하나를 구비하는 순환유동상 보일러.
  11. 제 6항에 있어서, 상기 기포유동상 구획부는 내식성 재료로 덮어씌워진 유체냉각식 관을 구비하는 순환유동상 보일러.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 유체냉각식 관은 순환유동상 반응실내에 뻗어 있는 분할벽을 형성하며, 상기 순환유동상 반응실의 외부에 위치된 입구헤더 및 출구헤더에 연결되는 순환유동상 보일러.
  13. 제 2항에 있어서, 상기 유동화된 고체들의 기포유동상으로부터 열을 흡수하도록 기포유동상 구획부내에 위치된 제 1가열표면과;
    상기 유동화된 고체들의 기포유동상으로부터 제 1가열표면으로의 열전달을 제어하는 수단;을 구비하는 순환유동상 보일러.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 열전달을 제어하는 수단은 기포유동상 구획부내의 유동상수준을 제어하는 수단과 상기 기포유동상 구획부를 통하는 고체들의 처리량을 제어하는 수단 중 하나를 구비하는 순환유동상 보일러.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 열전달을 제어하는 수단은 유동상으로부터 고체입자들을 이송하면서 상기 격자의 바로 위에 있는 유동상의 하부에서부터 기포유동상 구획벽의 최하단부나 그 위에 있는 상부수준으로 뻗어 있는 하나 이상의 도관과;
    해당 도관에서 고체입자들을 유동화시키고 이들이 기포유동상에서부터 유동화된 입자들의 둘러싸는 고속이동 유동상으로 방출되게 하는 하나 이상의 각 도관 아래에 있는 별도의 유동가스 공급수단;을 구비하는 순환유동상 보일러.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 열전달을 제어하는 수단은 유동상의 하부로부터 고체입자들을 이송하는 하나 이상의 비기계적인 밸브와;
    고체입자들을 유동화시키고 이들이 기포유동상의 하부에서부터 유동화된 입자들의 둘러싸는 고속이동 유동상으로 방출되게 하는 하나 이상의 비기계적인 각 밸브의 근처에 있는 별도의 유동가스 공급수단;을 구비하는 순환유동상 보일러.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 격자의 제 2부분내의 바닥에 있는 적어도 하나의 개구부와, 이 적어도 하나의 개구부의 아래에 있고서 독립적으로 제어가능한 유동가스 공급수단 및, 상기 제 2영역으로부터 순환유동상 반응실의 밖으로 고체들을 이송하는 경로내에서 격자 밑에 위치된 가열표면을 구비하는 순환유동상 보일러.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 가열표면은 독립적으로 제어가능한 유동가스 공급수단의 아래에 위치되는 순환유동상 보일러.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 가열표면은 독립적으로 제어가능한 유동가스 공급수단내에 산재되어 위치되는 순환유동상 보일러.
  20. 유동가스를 순환유동상 반응실로 공급하는 순환유동상 반응실의 하부끝에서 바닥을 한정하는 격자와 측벽들을 갖춘 순환유동상 반응실과;
    별도로 제어된 유동가스가 각각 공급되는 적어도 2개의 영역으로 분할되되, 상기 반응실내의 제 1영역은 유동화된 입자들의 고속이동 유동상으로 작용하고, 상기 반응실내의 제 2영역은 기포유동상 구획부를 갖추고서 기포유동상으로 작용하는 격자 및;
    상기 유동화된 고체들의 기포유동상으로부터 이 기포유동상 구획부내의 가열표면으로의 열전달을 제어하되, 상기 가열표면은 과열기와, 재열기, 증발기 및, 절탄기 표면 중 적어도 하나를 구비하는 수단;을 구비한 순환유동상 보일러.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 열전달을 제어하는 수단은 상기 기포유동상 구획부내의 하나의 유동상수준과 기포유동상 구획부를 통하는 고체들의 처리량 중 하나를 제어하는 수단을 구비하는 순환유동상 보일러.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 기포유동상으로부터 고체입자들을 이송하면서 상기 격자의 바로 위에 있는 유동상의 하부에서부터 기포유동상 구획벽의 최하단부나 그 위에 있는 상부수준으로 뻗어 있는 하나 이상의 도관과;
    해당 도관에서 고체입자들을 유동화시키고 이들이 기포유동상에서부터 유동화된 입자들의 둘러싸는 고속이동 유동상으로 방출되게 하는 하나 이상의 각 도관 아래에 있는 별도의 유동가스 공급수단;을 구비하는 순환유동상 보일러.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 기포유동상의 하부로부터 고체입자들을 이송하는 하나 이상의 비기계적인 밸브와;
    고체입자들을 유동화시키고 이들이 기포유동상의 하부에서부터 유동화된 입자들의 둘러싸는 고속이동 유동상으로 방출되게 하는 하나 이상의 비기계적인 각 밸브의 근처에 있는 별도의 유동가스 공급수단;을 구비하는 순환유동상 보일러.
  24. 유동가스를 순환유동상 반응실로 공급하는 순환유동상 반응실의 하부끝에서 바닥을 한정하는 격자와 측벽들을 갖춘 순환유동상 반응실과;
    이 순환유동상 반응실의 제 1영역에서 유동화된 고체들의 고속이동 유동상을 생성하기에 충분한 격자의 제 1부분으로 소정의 유동가스를 공급하는 수단;
    제 2영역을 한정하는 순환유동상 반응실내에 있는 적어도 하나의 기포유동상 구획부와, 상기 순환유동상 반응실의 제 2영역에서 유동화된 고체들의 기포유동상을 생성하기에 충분한 격자의 제 2부분으로 소정의 유동가스를 공급하되, 한쪽 영역에 공급되는 상기 소정의 유동가스는 다른쪽 영역에 공급된 소정의 유동가스와는 독립적으로 제어가능한 수단;
    상기 유동화된 고체들의 기포유동상으로부터 열을 흡수하도록 제 2영역내에 위치된 제 1가열표면;
    상기 격자의 제 2부분내의 바닥에 있는 적어도 하나의 개구부와, 이 적어도 하나의 개구부의 아래에서 독립적으로 제어가능한 유동가스 공급수단, 격자의 밑에 위치된 제 2가열표면, 제 2영역에서 제 2가열표면으로 고체들이 흐르는 경로 및;
    상기 제 2영역에서 제 2가열표면으로의 경로에서 유동가스 공급수단내에 산재되어 위치된 제 3가열표면;을 구비하되, 상기 가열표면들은 과열기와, 재열기, 증발기 및, 절탄기 표면 중 적어도 하나를 구비하고, 상기 제 2영역에서부터 이송되고 상기 제 3과 제 2가열표면을 가로질러 통과하는 고체들은 순환유동상 반응실로 재순환되거나 제거된 것들 중 적어도 하나인 순환유동상 보일러.
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