KR20050061531A - 분리기 및 일체형 가속 덕트를 구비한 순환 유동 베드반응기 - Google Patents

분리기 및 일체형 가속 덕트를 구비한 순환 유동 베드반응기 Download PDF

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KR20050061531A
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duct
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bed reactor
fluidized bed
reaction chamber
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KR1020057006317A
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다니엘 바리온느
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알스톰 (스위스) 엘티디
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Abstract

본 발명은 챔버(1)로부터 유도된 뜨거운 가스 입자를 분리하기 위한 원심 분리기(2)에 가속 덕트(4)에 의해 연결된 반응 챔버(1)를 포함하는 순환 유체 배드에 관한 것이다. 본 발명은 가속 덕트(4)가 챔버(1)의 상부 부분에 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

분리기 및 일체형 가속 덕트를 구비한 순환 유동 베드 반응기{CIRCULATING FLUIDIZED BED REACTOR WITH SEPARATOR AND INTEGRATED ACCELERATION DUCT}
본 발명은 기체-고체 반응 및 에너지 생산용 순화유동 베드 반응기와 보일러에 관한 것이다.
이러한 반응기들은 기체-고체 반응이 이루어지는 반응 챔버와, 원심 분리기와, 상기 반응 챔버의 온도를 조절하기 위한 적어도 하나의 열교환기를 포함한다.
보일러는 가연물의 연소가 이루어지는 연소실과, 원심 분리기와, 반응 챔버의 온도를 조절하기 위한 적어도 하나의 열교환기를 포함한다.
개관의 이유에서, 본 명세서의 선행기술은 순환 유동 베드 보일러의 경우만 기술하도록 한다.
가연물은 공기 중에 현탁 상태로 떠 있는 입자들로 구성된 유동 베드 내에서 순환한다. 유동화에 의해서 연소실 또는 반응 챔버의 상부쪽으로 인도된 입자들은 원형 단면을 가진 원심 분리기 방향으로 배출됨으로써 입자들과 연소 가스가 서로 분리된다. 연소 가스 속도는 연소실 내부에서 3 내지 6.5m/s, 분리기의 축에서 4 내지 6.5m/s이다. 연소 가스 속에 함유된 고체 입자의 밀도는 20kg/Nm3까지 이를 수 있으며, 순환 상태의 입자 직경은 500μ 미만이다.
원심 분리기는 수직방향의 벽부를 가진 선회식 수직형 챔버를 구비하고, 정화 처리시킬 연소 가스를 수용하기 위한 흡입구를 분리기의 상부에 적어도 하나 제공하고, 정화 처리된 연소 가스용 배출구를 적어도 하나 포함하며, 분리된 입자용 배출구를 적어도 하나 분리기의 하부에 배치하고 연소실 하부에 연결한다. 정화처리된 연소 가스들의 배출구는 부분적으로 분리기의 상부 즉 입자들이 분리되어 있는 구역의 상부에 위치한다.
분리기의 벽부는 하부 방향으로 갈수록 보다 수축됨에 따라 집진된 입자들을 하부 배출구 방향으로 안내한다.
상기 집진된 입자들의 일부는 병렬 냉각 회로를 통과하면서 냉각된 후 연소실 또는 반응 챔버 내부로 재도입되어 사이클을 다시 시작함으로써 연소실 또는 반응 챔버 내부에 유동 베드이 유지되도록 하며, 상기 집진된 입자들의 또 다른 일부는 연소실 또는 반응 챔버 내부로 직접 재도입된다. 상기 회로는 반응 챔버의 고체 루프(loop)를 형성한다.
SO2의 배출량을 줄이기 위해 석회질 입자들이 순환 유동 베드에 유입된다. 그러나, 이러한 입자들은 연소실 또는 반응 챔버 통과시 부분적으로 황산화될 뿐이다. 따라서, 입자들이 순화 유동 베드 내에 최대한 오래 남아있도록 보장되어야 한다.
연소 가스는 보일러의 후방 케이지 내에서 냉각되며, 상기 후방 케이지 내에 일렬로 나란히 배치된 교환기들을 통과 후 대기로 배출된다.
연소실 또는 반응 챔버의 온도 제어는 유동 베드 교환기들에 의해서 실행될 수 있다. 상기 유동 베드 교환기들은 튜브를 구비하거나/구비하지 않은 외부 베드(bed)들 내에 위치하고 연소실 또는 반응 챔버의 하부와 접촉되도록 연결되어 있다. 연소실 또는 반응 챔버 내에 위치하는 교환기들은 "L" 또는 "U" 형상을 가지고, 그리고/또는 튜브 패널들의 오메가 형상을 갖는다.
반응 챔버의 고체 루프 내에서 순환하는 입자들은 침식성이 매우 높으므로 연소실 또는 반응 챔버의 하부, 분리기, 고형물의 유입 및 회수용 덕트와 같은 회로의 일부 구성요소들의 벽부를 두꺼운 내화재로 커버해야 한다. 이는 보일러의 높은 제조비용과 상당히 높은 설치 중량을 초래한다.
설치 중량의 상승에 따라 상기 요소를 지지하기 위해 보강된 골조를 제공하여야 한다. 상기 내화재들은 열관성이 매우 높으므로 정지 및 재가동시 보일러의 가열 및 냉각시간을 증가시킨다.
또한, 소형의 연장부에 의해서 상호간 연결되며 서로 평행하게 배치된 튜브들을 구비하도록 분리기의 벽부들의 일부를 실현하는 것이 가능하다. 상기 튜브들은 물 및/또는 증기와 같은 냉각제를 통과함으로써 냉각표면을 형성한다. 이와 같이 냉각된 벽부들은 적절한 내화재로 덮힌 내화재층의 두께를 줄여준다. 그러나, 기하학적으로 원형으로 이루어진 분리기의 경우 상기와 같은 벽부의 실현은 복잡하고 제조비용이 높다. 실제적으로, 벽부 내에 물이 순환하기 위해서는 공급, 배출 및 연결용의 다수의 튜브가 많이 제공되어야 한다.
한편, 독립 요소들을 고체 및 기체가 순환하는 덕트들로 연결하고, 반응 챔버의 고체 루프를 상기 독립요소와 함께 배치함에 따라, 상당한 부피 및 무게를 초래하게 된다.
따라서, EP 481 438 및 EP 730 910에 각각 개시된 바와 같이, 명확하게 원형이 아닌 단면을 가진 원심 분리기용 평면 벽부를 고안함으로써 상기와 같은 설치 유형을 개선하고자 하였다. 이러한 해결 방법은 분리기의 벽부상에 얇은 내화자재층을 이용함으로써 무게를 줄일 수 있는 장점을 제공한다. 또한, 상기 해결 방법에 의해 사용자가 설비의 출력을 높이고자 할 때 재생이 가능한 모듈을 만들 수 있다. 그러나, 이러한 유형의 방법은 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 원심 분리기 내부로 연소 가스를 유입하는 가속 덕트가 상기 연소 가스 속에 함유된 기체들을 충분히 가속하지 못하기 때문이다. 유입 속도가 부족하면 입자들의 분리기 내에서의 분리가 어려워지고 이에 의해 분리기의 출구로 배출되는 연소 가스 속에 포함된 베드의 입자들이 손실될 수 있다. 이는 연소실 내 열전달과, 연소실 내 세밀한 석회입자들의 영구 황산납화 현상(sulphation) 발생율 및 연소실 또는 반응 챔버 내 세밀한 탄소입자의 산화율의 관점에 있어 매우 바람직하지 못하다. 세밀입자들은 영구 황산납화 현상 또는 산화작용이 거의 완료되기 전에 대기로 배출된다.
이에 따라, EP 01 402 809.6에 공지된 바와 같이, 한편으로는 연소실 또는 반응 챔버와 공통부를 가지는 반면 다른 한편으로는 원심 분리기와 공통부를 가지는 냉각 벽부로서 후방 케이지를 사용할 것을 제안함으로써, 연소실 또는 반응 챔버와 반응기 사이에 가속 덕트가 위치될 수 있도록 하였다. 상기 모든 부재들은 하나의 기본 모듈을 구성한다. 상기 가속 덕트는 입구 덕트에서 15 ~ 20m/s인 연소 가스속도를 출구 덕트에서 25 ~ 35m/s로 높여 고체 입자들의 속도를 가속시킴으로써 원심효과에 의한 고체 입자들의 분리를 향상시키고 덕트의 벽부 상에 있는 연소 가스 속에 함유된 입자들의 사전 분리를 유발시킨다. 본 발명의 또 다른 근본적인 특징은 분리기 하부의 피라미드 형태에 관한 것으로서, 피라미드 기둥 형태는 하부의 벽부 상에서 연소 가스의 소용돌이 흐름이 튀어 오르는 일이 발생하지 않도록 한다. 그러나, 이와 같은 기본 모듈을 실현하려면, 연소실(또는 반응 챔버), 분리기 및 직각으로 이루어진 후방 케이지를 위치시키기 위한 공간이 요구된다. 상기 분리기는 후방 케이지와 공통부를 가지는 벽부를 가진다. 사용자가 설치물의 출력을 높이고자 할 경우 분리기의 수를 증가시켜야 하는데, 이러한 기본 모듈 형태는 분리기가 3개 이상이 되면 홀수 조립이 용이하지 않다.
도1은 덕트의 외호면에 대해 수직을 이루며 반응 챔버 내에 배치되는 입구용 개구부를 구비하는 덕트를 포함하여, 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기의 제1 변형예를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도2는 덕트의 외호면에 대해 평행을 이루며 연소실 내에 배치되는 개구부를를 구비하는 덕트를 포함하여, 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도3은 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기의 제2 변형예를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도4는 제1 변형예에 따른 2개의 모듈들을 포함하여, 보일러 또는 반응기를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도5는 제1 변형예에 따른 3개의 모듈들을 포함하여, 보일러 또는 반응기를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도6은 제2 변형예에 따른 2개의 모듈들을 포함하여, 보일러 또는 반응기를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도7은 4개의 분리기들을 포함하여, 본 발명의 제2 변형예에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 사시도이다.
도8은 반응 챔버에 접촉되도록 연결되지 않은 통합형 베드 및 사이펀(siphon)들을 포함하여, 제1 변형예에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 정면도이다.
도9는 반응 챔버 내 패널들을 포함하여, 제1 변형예에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 정면도이다.
도10은 상호간 분리되며 접촉되도록 연결되는 베드 및 사이펀들을 포함하여, 제1 변형예에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 정면도이다.
도11은 제2 변형예에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 정면도이다.
도12는 제1 버전에 따른 통합형 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도12의 (a)는 A의 견망 방향에서 도12의 덕트를 바라보고 나타낸 개략도이다.
도12의 (b)는 도12의 덕트를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도13은 제2 버전에 따른 통합형 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도13의 (a)는 A의 견망 방향에서 도13의 덕트를 바라보고 나타낸 개략도이다.
도14는 제3 버전에 따른 통합형 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도14의 (a)는 A의 견망 방향에서 도14의 덕트를 바라보고 나타낸 개략도이다.
도14의 (b)는 도14의 덕트를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도15는 제4 버전에 따른 통합형 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도15의 (a)는 A의 견망 방향에서 도15의 덕트를 바라보고 나타낸 개략도이다.
도15의 (b)는 도15의 덕트를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도15의 (c)는 C의 견망 방향에서 도15의 덕트를 바라보고 나타낸 개략도이다.
도16은 제5 버전에 따른 통합형 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도16의 (a)는 A의 견망 방향에서 도16의 덕트를 바라보고 나타낸 개략도이다.
도16의 (b)는 도16의 덕트를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도16의 (c)는 C의 견망 방향에서 도16의 덕트를 기준으로 바라보고 나타낸 개략도이다.
도17은 제6 버전에 따른 통합형 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도17의 (a)는 A의 견망 방향에서 도17의 덕트를 기준으로 바라보고 나타낸 개략도이다.
도17의 (b)는 도17의 덕트를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도17의 (c)는 C의 견망 방향에서 도17의 덕트를 바라보고 나타낸 개략도이다.
도18은 제7 버전에 따른 통합형 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도18의 (a)는 A의 견망 방향에서 도18의 덕트를 바라보고 나타낸 개략도이다.
도18의 (b)는 도18의 덕트를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도18의 (c)는 C의 견망 방향에서 도18의 덕트를 바라보고 나타낸 개략도이다.
도19는 일부는 분리기 내에 일부는 반응 챔버 및 분리기 사이에 말단부를 포함하는 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도19의 (a)는 도19의 덕트를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도20은 분리기 내 말단부를 포함하여, 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도20의 (a)는 도20의 덕트를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도21은 반응 챔버 내 말단부를 포함하여, 덕트를 나타낸 상세 정면도이다.
도21의 (a)는 도21의 덕트를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도22는 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 제1 변형예의 기본 모듈로 구성하여 나타낸 정면도이다.
도23은 원호꼴 도면의 분리기를 포함하는 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도24는 다각형 단면을 가지는 분리기를 포함하는 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
도25는 상부를 통과하는 가스 배출구 및 후방 케이지의 상부를 통과하는 출구를 포함하여, 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 정면도이다.
도26은 하부를 통과하는 가스 배출구 및 후방 케이지의 하부를 통과하는 출구를 포함하여, 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 정면도이다.
도27은 하부를 통과하는 가스 배출구 및 중간 높이의 수평식 후방 케이지를 포함하여, 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 정면도이다.
도28은 하부를 통과하는 가스 배출구 및 하부 위치를 취한 수평식 후방 케이지를 포함하여, 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 정면도이다.
도28a는 하부를 통과하는 가스 배출구 및 하부 위치를 취하며 반응기의 중간높이에서 지지받는 후방 케이지를 포함하여, 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 나타낸 정면도이다.
도29는 2개의 분리기들과 공통부를 가지며, 중간 높이의 수평식 후방 케이지 및 하부를 통하는 가스 배출관을 포함하는 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 나타내는 단면도이다.
도30 및 도31은 하나 또는 2개의 반응 챔버들과 공통부를 가지는 후방 케이지를 포함하여, 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기를 상부의 견망 방향으로부터 나타낸 개략도이다.
본 발명은 간단하고 경제적이면서 사용자가 원하는 분리기의 수와 무관하게 조립이 용이한 규격단위의 모듈식으로 구성됨에 따라, 분리기 내 입자들의 우수한 분리를 허용한다. 또한, 본 발명은 가열 및 냉각 시간과 회로 내의 입자들의 순환을 개선하고 정비의 필요성을 절감하면서 커패시티의 증가를 용이하게 하고, 상호간 공통부를 가지는 벽부들의 면적의 증가를 최대화하며, 내화재 사용, 신축 이음부, 무게, 골조 및 부피를 감소시킨다. 또한, 본 발명은 반응 챔버의 상부 내 입자들의 사전 분리를 허용한다. 이와 동시에, 본 발명은 분리기의 우수한 분리 기능과, 그에 따른 보다 바람직한 세밀 입자의 내부 재순환 비율을 획득할 수 있도록 한다. 그 결과, 입자들의 체류시간이 증가되며 반응을 나타내지 않은 반응체들의 수가 감소하고 보일러의 경우 도입된 석회의 영구 황산납화 현상 발생율이 증가함으로써 도입된 석회량을 줄일 수 있다. 입자들의 내부 재순환의 증가도 또한 반응 챔버의 상부 내 교환계수를 증가시키며, 베드 내부에서 순환하는 세밀 입자의 높은 농도는 상기 입자들의 침식성을 감소시킨다. 분리기로부터 새어 나오는 플라이 애시(fly ash)가 부분적으로 감소함에 따라, 침식, 탄소 침전물 및 분리기의 하부에 위치한 후방 케이지의 열교환기들에 의한 CO의 제2차 배출량이 감소할 수 있다.
본 발명은 순환 유동 베드 반응기에 관한 것으로서, 가속 덕트에 의해서 원심 분리기에 연결되는 반응 챔버를 포함하며 상기 반응 챔버로부터 나오는 열가스로부터 입자를 분리할 수 있다. 상기 순환 유동 베드 반응기는 가속 덕트가 적어도 부분적으로 반응 챔버의 상부에 배치되고, 원심 분리기에는 거의 직선에 가까운 수직의 벽부가 제공되는 것을 특징으로 한다. 챔버 내 가속 덕트의 위치는 챔버의 최상단부에서 연소 가스가 수평 및 원심 방향으로 유동할 수 있도록 한다. 상기 챔버는 대략적으로 수직속력 6m/s부터 수평속력 16m/s까지 입자들을 통과시킨다. 이러한 방법은 분리기의 분리기능을 향상시키는 가속 덕트 사용을 허용하면서 반응 챔버와 분리기 사이의 거리를 줄일 수 있다. 또한, 상기 방법에 의해 덕트의 벽부로서 외호면 또는 외부측 및 덮개부 상에 반응 챔버의 튜브들을 사용할 수 있다. 또한, 반응 챔버는 덕트의 서포트를 보장한다. 이러한 구성은 덕트가 부분적으로 반응 챔버에 내장되는 점에 기인해서 상당히 컴팩트한 구조를 제공한다. 원형 단면을 가진 종래의 분리기는 다각형 무엇보다 사각형 또는 직사각형 단면을 가진 분리기로 대체된다.
본 발명의 본질적인 특징에 따른 가속 덕트는 전체적으로 반응 챔버의 상부에 배치된다. 사용자가 챔버와 분리기 사이의 거리를 최대한 줄이고자 한다면, 가속 덕트를 전체적으로 반응 챔버 내부에 통합시키면 된다.
본 발명에 따른 제1 변형예에 있어, 가속 덕트는 덕트의 외호면에 대해 거의 수직을 이루는 입구용 개구부를 포함한다. 상기 덕트는 각각 상호간에 반대방향으로 연장될 수 있는 전방 및 후방의 두 부분으로 분리된다. 이 경우, 덕트의 바닥부는 덕트의 외호면에 대해 평행을 이루는 반응 챔버 벽부의 폭의 일부만을 포함하면서 상기 외호면을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 제2 변형예에 있어, 가속 덕트는 덕트의 외호면에 대해 거의 평행을 이루는 입구용 개구부를 포함한다. 상기 덕트를 포함하는 2개의 부분들은 앵글(angle)을 형성한다. 이러한 구성은 본 발명의 제조를 용이하게 한다. 덕트의 바닥부는 덕트의 외호면에 대해 평행을 이루는 반응 챔버 벽부의 전체폭을 나타내며 상기 외호면를 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 원심 분리기는 반응 챔버와 공통부를 가지는 벽부를 포함한다. 분리기의 벽부들은 반응 챔버의 벽부들과 마찬가지로 직선형태를 취하므로 상호간 맞대어 이어질 수 있다. 상기 벽부는 단일 또는 이중일 수 있다.
본 발명의 본질적인 특징에 있어, 원심 분리기는 후방 케이지와 공통부를 가지는 벽부를 포함한다. 반응기의 제조비용을 더 절감하기 위해서, 2개의 벽부를 하나로 통합할 수 있다. 분리기의 출구들과 후방 케이지 사이를 이어주는 연결부는 종래기술에 따라 튜브를 구비하거나/구비하지 않는다. 상기와 같이 극히 컴팩트한 구성은 연결용 덕트들의 길이를 최소화하고 더 나아가 간단한 연결용 플레넘(plenum)만 유지할 수 있다. 여기서, 플레넘이란 후방 케이지 및 분리기의 벽부들의 연장을 의미한다. 상기 후방 케이지 및 분리기는 상기 부재들이 상부방향으로 연장된 부분을 형성하며 공통 부분인 벽부 내의 개구부에 의해서 배관으로 이용될 수 있다.
본 발명의 일 변형예에 있어, 반응 챔버는 후방 케이지와 공통부를 가지는 벽부를 포함한다. 이와 같이, 직각을 이루는 구성에서, 반응 챔버는 분리기와 후방 케이지 사이에 위치한다.
상기의 여러 가지 부재들의 배치는 반응기의 컴팩트성을 증가시키며 이는 필요한 경우 고압 반응기를 용이하게 실현할 수 있도록 한다. 상호간 접근하는 벽부들과 상호간 분리된 벽부들 사이의 관계는 극대화된다. 상기 상호간 접근하는 벽부들 사이의 거리는 반응 챔버의 수평 단면이 가지는 치수들 중 최대치수의 15% 미만이다.
본 발명의 또 다른 본질적인 특징에 있어, 반응 챔버, 분리기 및 후방 케이지로 구성되는 전체 구간은 사용자가 채택한 변형예에 따라서 정렬 되어 있거나 또는 직각을 이루는 기본 모듈을 구성한다. 상기와 같이 구성된 모듈은 보일러의 경우 100MWe의 출력을 제공할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일렬식 변형예에 있어, 100MWe의 기본 모듈을 통해, 예를 들어 모듈들을 상호간 접촉되도록 병치함으로써 100MWe 내지 500MWe의 출력을 지닌 보일러의 실현이 가능하고, 제1 모듈의 모듈 수를 좌우 대칭 방식으로 두 배로 증가시켜 200MWe 내지 1000MWe의 출력을 지닌 보일러를 실현할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 직각식 변형예에 있어, 100MWe의 기본 모듈의 경우, 후방 케이지를 구비한 반응 챔버의 평면을 기준으로 좌우 대칭하는 방식으로 기본 모듈의 수를 두 배로 증가시킨후, 상기와 같이 형성된 소단위체를 복수개로 증가시켜 병치함으로써 100MWe 내지 1000MWe의 출력을 지닌 보일러를 실현할 수 있다.
반응 챔버의 사방으로 대칭을 이루는 분리기의 구성들에 있어, 상기 모든 부재들을 하기와 같이 단순화할 수 있다. 한편으로는 단 하나의 후방 케이지를 배치함으로써 상기 모든 부재들을 실현하는 반면, 다른 한편으로는 상기 모든 부재들을 종래기술에 따라 연결용 덕트들에 의해서 분리기의 출구들에 연결한다. 상기 연결용 덕트들은 튜브를 구비하거나/구비하지 않으며 반응 챔버의 상부에 위치하거나/위치하지 않을 수 있다. 연결 덕트들이 반응 챔버의 상부에 위치할 경우 상기 연결 덕트들은 반응 챔버의 확장부를 형성 할 수 있다. 이에 따라, 반응 챔버의 덮개부는 상기 연결 덕트들의 바닥부를 형성할 수 있고, 상기 덕트들의 수직형 벽부들은 반응 챔버의 수직형 벽부의 연장선에 위치함에 따라 상기 벽부들의 무게를 지지할 수 있다.
본 발명의 본질적인 특징에 있어, 반응 챔버 및 분리기는 정렬되어 있는 외벽부들을 제공한다. 이에 따라, 대칭을 이루거나 또는 병치된 모든 기본 모듈들 또는 모듈의 외부에는 평면으로 이루어진, 즉 반응 챔버와 분리기 방향으로 정렬된 외부측벽부들이 제공되어 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 반응기의 출력은 사용된 모듈의 개수에 따라 변화한다. 사용자가 고정된 출력을 획득하고자 한다면, 원하는 출력을 기본 모듈의 출력으로 나눠서 얻은 계수에 모듈 개수를 곱하면 된다. 상기와 같은 모듈의 내부에는 각각의 모듈의 반응 챔버 부분을 집결하여 하나의 반응 챔버를 형성할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 모듈의 후방 케이지도 단 하나의 케이지로 통합될 수 있다.
본 발명의 본질적인 특징에 있어, 인접한 2개의 모듈들은 공통 부분인 벽부를 적어도 하나 포함한다. 기본 모듈의 본질적인 구성은 반응기의 제조를 용이하게 하며, 실제적으로 상기 기본 모듈의 양측면들이 직선형태를 취하므로 2개 또는 다수의 기본 모듈들을 병치하는 것이 용이할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어서, 2개의 모듈들과 공통부를 가지고 2개의 분리기들 사이에 위치하고 있는 벽부는 부분적이다. 상기 벽부는 전체적으로 또는 부분적으로 수직 또는 수평방향으로 절단되거나 또는 개구부를 구비할 수 있다. 기본 모듈들의 인접한 2개의 반응기들은 벽부를 포함하며, 상기 벽부는 분리기의 상부에서 시작해서, 상부에서 일정한 거리가 되는 위치 및 입자들의 배출구에 상응하는 반응기의 수축 구역 내에서 최하단부가 되는 위치에서 정지한다. 상기 벽부는 하부 쪽으로 수축되지 않고 직선을 이루므로 간단해서 실현하기가 용이하다. 상호간 인접한 분리기들 사이의 내부 압력 균형문제로 인해서(예를 들어 입구가 막힌 배출구의 경우), 공통 부분인 벽부가 개구부들을 포함하거나 단 하나의 벽부도 포함하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 인접한 2개의 모듈들의 반응 챔버들은 결합되어 있다. 반응 챔버는 사용된 기본 모듈의 개수와 무관하게 단 하나이지만, 그 크기는 사용된 모듈들의 개수에 따라 결정된다.
본 발명의 또 다른 본질적인 특징에 있어, 인접한 2개의 모듈들의 후방 케이지들이 결합되어 있다. 후방 케이지는 사용된 모듈들의 개수와 무관하게 단 하나지만, 그 크기는 사용된 모듈들의 개수에 의해 결정된 크기보다 작을 수 있다. 모듈들이 반응 챔버를 기준으로 대칭을 이루며 배열되는 경우, 단 하나의 후방 케이지가 상기 반응 챔버의 양측면 중 하나에 제공되며, 연결용 덕트들은 챔버의 상부를 통과한다.
본 발명의 특징에 있어, 반응 챔버의 벽부들 중 하나는 가속 덕트의 입구용 전향부를 적어도 하나 포함한다. 덕트 내부로 입자와 연소 가스들의 도입이 용이해지도록 편향부는 적절한 위치에 배치된다.
본 발명의 본질적인 한 특징에 있어, 벽부들은 튜브를 구비하거나/구비하지 않고 있다. 상기 벽부들이 직선을 이루고 있는 점은 제조를 용이하게 하고 따라서 제작비용이 절감된다. 이와 같이, 하부를 포함하여, 가속 덕트, 분리기 및 반응 챔버의 벽부들은 튜브를 구비하고 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 가속 덕트 및 분리기의 벽부들과 반응 챔버의 하부 및 상부는 내화재층으로 커버된다. 상기 여러 가지 부재들의 내에서 순환하는 임자들의 온도와 침식성을 위해 내화재층을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 내화재층은 벽부가 냉각되면 두께가 감소하므로 무게를 줄일 수 있다. 왜냐하면, 상기 내화재들의 무게가 상당하기 때문이다. 이와 같이, 가속 덕트, 분리기 및 덕트의 구역 내 반응 챔버의 하부 및 상부의 벽부들의 상에 위치한 내화재층은 튜브를 구비하지 않은 종래의 배관보다 가볍다.
본 발명의 본질적인 특징에 있어, 반응 챔버 상부에 위치한 가속 덕트 부분의 벽부들은 반응 챔버의 벽부들 내에 위치한 튜브들을 이용한다. 이 경우, 반응 챔버의 벽부들 내에서 우회되는 튜브들은 상기 벽부들의 물/증기 냉각 회로들의 연장선에 위치한다. 예를 들어, 반응 챔버의 벽부들 중 하나가 구비하는 튜브들의 일부는 반응 챔버의 하부방향으로 우회되게 함으로써 먼저 덕트의 바닥부를 형성한 후 연장선에서 반응 챔버 내에 위치한 수직의 벽부, 즉 덕트의 내호면을 형성한다. 덕트의 외호면은 반응 챔버의 벽부 내에 우회되지 않은 나머지 튜브들에 의해서 형성된다. 덕트의 덮개부는 반응 챔버의 덮개부에 의해 형성될 수 있다. 덕트 바닥부의 보강이 요구될 경우, 다수의 튜브들을 정렬시켜 배치시킬 수 있다. 우회된 튜브들은 먼저 제1열을 형성한 후 그 위에 제2열을 겹쳐 올려서 제1열과 연결되게 되게 함으로써, 상기 우회된 튜브들은 바닥부에 충분한 관성을 부여하고 반응 챔버의 벽부 내 제자리로 복귀할 수 있다. 이와 같이 튜브는 덕트의 바닥부 아래에서 왕복하는 경로를 형성한다. 덕트의 벽부들을 형성하기 위해 사용된 튜브들은 반응 챔버의 외부 케이싱의 튜브이거나 또는 반응 챔버의 분리용 내벽부의 튜브일 수 있다. 상기와 같이, 반응 챔버는 가속 덕트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 반응 챔버 내에 위치한 가속 덕트 부분의 벽부들은 분리기의 벽부 내 튜브들을 사용한다. 이와 같이, 반응 챔버 내에 위치한 덕트는 챔버의 튜브들 및/또는 분리기의 튜브들로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 변형예에 있어, 가속 덕트의 벽부들은 또 다른 별개의 회로를 형성하는 튜브들로 구성된다. 덕트의 튜브들은 반응 챔버의 벽부들 및 분리기의 벽부들의 튜브들로부터 독립되어 있다.
본 발명의 또 다른 본질적인 특징에 있어, 덕트의 벽부들은 반응 챔버 및 분리기의 벽부들의 튜브들을 이용하여 실현된다. 벽부의 일부는 반응 챔버로부터 개시되는 튜브들을 이용하여 실현되며, 또 다른 일부는 분리기로부터 개시되는 튜브들을 이용하여 각각 동일한 비율로 실현됨으로써 상기 2개의 회로를 모두 최상화할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 편향부는 반응 챔버의 벽부들로부터 개시되어 우회되는 튜브들에 의해서 형성된다. 편향부가 위치한 반응 챔버의 모서리는 둥글거나 또는 비스듬히 절단된 형태를 취함으로써 편향부를 형성하고, 이에 따라 반응 챔버의 벽부들을 형성하는 튜브들은 우회됨으로써 상기 편향부를 형성한다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 편향부는 덕트 바닥부 튜브들의 둥근 부분에 의해 형성된다. 상기와 같이, 반응 챔버 및/또는 분리기 및/또는 또 다른 별개의 회로의 벽부들의 튜브가 우회함으로써 구성된 덕트 바닥부의 튜브들은 상기 바닥부의 아래에 둥글거나 또는 비스듬히 절단된 형태를 취할 수 있으며, 그에 따라 편향부를 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 덕트의 바닥부는 분리기가 위치한 방향으로 기울어진 경사면을 적어도 하나 구비한다. 상기 바닥부는 분리기가 위치한 방향으로 기울어진 경사면을 제공함으로써 분리기 방향으로 침전된 입자들을 안내할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 덕트의 바닥부는 덕트의 외호면이 위치한 방향으로 기울어진 경사면을 적어도 하나 제공한다. 입자들의 분리를 개선하기 위해, 상기 바닥부는 덕트의 외호면이 위치한 방향으로, 즉 분리기 내 고체를 수거하는 수집기(collector)의 정면부의 연장선 내에 위치하는 벽부 상에 경사면을 제공한다.
본 발명의 본질적인 특징에 있어, 덕트의 외/내벽부들은 변화하는 단면을 제공한다. 상기 단면의 변화는 입자들의 속도를 최상화한다.
반응 챔버의 온도 제어는 유동 베드 교환기들에 의해서 실행될 수 있다. 상기 유동 베드 교환기들은 튜브를 구비하거나 구비하지 않은 외부 베드들 내에 위치하고 반응 챔버의 하부와 접촉되도록 연결되어 있다. 반응 챔버 내에 위치하는 교환기들은 "L" 또는 "U" 형상을 가지고/가지거나 튜브 패널들의 오메가 형상을 갖는다.
본 발명의 본질적인 일 변형예에 있어서, 원심 분리기의 가스 배출은 수직형 덕트에 의해 실행된다. 상기 수직형 덕트는 상기 분리기의 내에 위치하며 가스들을 분리기의 하부로 안내한다. 상기 덕트의 내부 및 외부는 내화재로 커버될 수 있으며, 또한 상기 덕트는 튜브를 구비하거나/구비하지 않을 수 있다. 가스 배출이 하부에서 실행되고 덕트는 분리기의 상부를 넘어가지 않는다. 이에 따라, 상기 모든 부재들의 높이를 줄일 수 있고 필요시 상기 후방 케이지를 바닥에 설치할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 교환기들의 수집기의 개수가 감소하고 상호 작용하는 배관들의 길이가 줄 수 있다.
본 발명의 본질적인 일 변형예의 또 다른 특징에 있어, 덕트는 분리기의 중심에 위치한다. 중앙 위치는 입자 및 연소 가스의 순환을 개선한다. 분리기의 단면 상의 위치는 분리기의 수평 단면을 확장시킴으로써 보완되도록 한다. 이는 입자들이 순환하는 곳에 놓여진 위치가 상부방향으로 가스를 배출하는 통상적인 배출구와 상응하도록 하기 위해서다. 반응 챔버의 크기가 문제가 될 경우, 직사각형 단면을 이용해서 후방쪽으로 단면을 확장한다.
본 발명의 부가적 특성에 있어, 편향부는 분리기의 상부에 위치한다. 상기 편향부는 가스 배출용 중앙 배관이 위치한 방향으로 가스를 안내하는 역할을 하며, 배출관에 대해 거의 정렬이 되도록 위치된다.
본 발명의 부가적 특징에 있어, 편향부는 적어도 연소 가스용 배출관의 단면과 일치하는 단면을 갖는다. 상기 편향부의 위치는 배출관 위치에 대해 거의 정렬이 되도록 상기 편향부의 높이는 분리기의 영구적 단면을 가진 부분의 높이보다 낮다. 이는 가스가 배출관의 방향으로 통과하는 것을 용이하게 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 분리기는 분리기의 배출관들 중 적어도 하나로부터 지지를 받는다. 연소 가스 배출용 수직의 덕트는 적어도 분리기의 원추형 부분까지 올라가고 후방 케이지 까지 내려온다. 상기 후방 케이지의 높이가 충분히 낮을 경우 상기 덕트가 분리기를 지지하는 받침으로 이용될 수 있다. 분리기의 입자들용 배출관은 분리기를 지지할 수 있을 만큼 충분히 낮은 곳으로 내려가고, 후방 케이지는 더 이상 상기 분리기에 걸림식으로 고정되어 있지 않으므로 상기 분리기의 무게가 현저히 감소한다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 후방 케이지는 수평을 이룬다. 분리기가 스스로 지탱할 수 있고 연소 가스의 배출이 하부에서 이루어지므로 후방 케이지는 더 이상 분리기보다 더 높지 않아도 된다. 따라서, 상기 후방 케이지는 수평방향으로 그리고 하부에 위치할 수 있다. 이러한 구성은 재 안에 함유된 중금속들이 분할된 상태로 회수될 수 있도록 한다. 실제적으로, 중금속들은 연소 가스가 냉각되는 동안 연소 가스 내에 포함된 재 상에서 점차적으로 응축된다. 응축 온도는 금속종류별에 따라 다르다. 따라서, 걸림식으로 고정되는 기구들의 아래에 재용 깔때기 모양의 투입구를 구비한 수평식 보일러의 아래에서, 다소의 중금속을 함유한 재를 분리할 수 있다. 이는 향후에 개시되는 재활용에 이점을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어, 후방 케이지는 분리기의 하부에 위치한다. 상기 모든 부재들의 컴팩트성을 향상시키기 위해, 후방 케이지를 분리기 아래에 위치시킴으로써 상기 분리기가 상기 후방 케이지로부터 지지받을 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 배치에 있어, 후방 케이지는 콘크리트 블록상에 설치된다. 분리기의 가스 배출은 하부에서 수행되고 후방 케이지는 하부에 위치될 수 있다는 점에 기인해서, 상기 후방 케이지를 버팀용 블록상의 바닥위에 직접 설치가 가능하다. 따라서, 상기 부재들을 지탱하던 철근 골조를 제거할 수 있다. 이는 상기 부재들의 제조비용과 무게면에서 상당한 이점을 제공한다. 또한, 이는 후방 케이지와 터빈 사이를 이어주는 연결용 배관들의 경로를 단축시켜주는 이점을 제공하여 추가적으로 비용이 절감될 수 있다. 따라서, 상기 부재들은 콘크리트 블록 또는 버팀용 철근 구조물에 의해서 바닥 상에서 직접 지지받는다. 또한, 상기 부재들을 중간 높이에서 걸림식 고정할 수 있으며, 이는 철근 골조를 최소화하면서 설치된 덕트에 필요한 마찰 패드의 사용을 제한할 수 있다는 이점을 제공한다. 이와 같이, 폭 넓은 선택을 고객들에게 제공하여 문제점이나 불만을 줄일 수 있도록 가장 적절한 해결방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 변형예에 있어, 보조 분리기는 메인 분리기와 후방 케이지 사이에 위치한다. 상기 보조 분리기는 원형, 다격형 또는 사격형의 모양을 이룰 수 있다. 상기 보조 분리기는 연소 가스 속에 함유된 먼지들의 집진을 향상시킴에 따라, 먼지들을 연소실에 재투입하고 먼지들의 전환율을 증가시키며 (또는 불연소된 고체와 석회 사용량을 감소시키며) 회수용 보일러 내 침식물 하중을 감소시킬 수 있다.
이하, 본질적인 유형의 반응기에 관한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기의 실시예들은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 범위가 여기에 한정되지 않음을 밝혀둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 보일러 또는 반응기는 도1에 도시된 바와 같이 반응 챔버(1), 분리기(2) 및 후방 케이지(3)로 구성된다. 제1 변형예에 따라(도1 참조), 상기 3개의 부재들은 제1 변형예에 따라 정렬되어 있다. 덕트(4)는 반응 챔버(1)를 분리기(2)에 연결한다.
분리기(2)는 입자용 배출구(5)를 포함한다. 가능한 변형예들에 따라, 분리기(2)는 원형의 통상적인 형태(도23참조) 또는 다각형 또는 사각형(도1 내지 7 및 도12 내지 21 참조)의 형태를 취할 수 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 둥근 모양의 편향부(20)는 분리기(2) 내 연소 가스용 입구와 정면으로 마주보는 곳에 위치한다.
가스들은 분리기(2)의 상부에 위치한 가속 덕트(22)에 의해서 배출된다(도8 내지 11 참조).
도1의 덕트(4)는 벽부(1d)에 대해 수직을 이루는 입구용 개구부(46)를 제공하는 반면, 도2의 덕트는 상기 벽부(1d)에 대해 평행을 이룬다. 첫 번째 경우의 덕트 입구는 덕트(4)의 연장부에 위치하며 두 번째 경우의 덕트 입구는 덕트(4)의 축에 대해 수직을 이룬다.
도3에 도시된 바와 같은 보일러 또는 반응기의 일 변형예에 있어서, 분리기(2)는 반응 챔버(1)의 양측면 중 일 면(1a)상에 위치하는 반면, 후방 케이지(3)는 상기 일 면과 인접한 다른 일 면(1b)에 위치한다.
도4는 도2에 도시된 바와 같은 모듈과 동일한 2개의 모듈들이 병치되어 구성된 보일러 또는 반응기를 나타낸 개략도이다. 반응 챔버를 기준으로 대칭을 이루는 방식으로 도4의 모듈의 수를 두 배 증가시키면서 보일러 또는 반응기의 캐퍼시티(capacity) 이중으로 높일 수 있다.
도5는 제1 변형예에 따른 3개의 모듈들이 나란히 정렬되어 구성된 보일러 또는 반응기를 나타낸 개략도이다. 전술된 바와 같이 이 경우도, 모뮬들을 대칭에 의해서 두 배로 증가시킴으로써 보일러 또는 반응기의 캐퍼시티를 이중으로 높일 수 있다. 각각의 모듈의 반응 챔버(1)들은 상부에만 위치한 경계선(10)과 함께 단 하나의 반응 챔버로 통합될 수 있다. 상기 경계선(10)은 튜브를 구비하며 가운데에 경계선을 놓고 상호간 인접하는 하나 또는 다수의 가속 덕트(4)들을 지지한다. 후방 케이지(3)의 크기는, 도5로부터 알 수 있듯이, 3개의 분리기(2)단위로 측정되며, 그 길이는 3개의 분리기(2)의 총길이보다 짧다.
도6은 제2 변형예에 따른 2개의 모듈들이 상호간 마주보며 구성된 보일러 또는 반응기를 나타낸 개략도이다. 이러한 구성에 있어, 모듈의 2개의 반응 챔버(1)들은 결합함으로써 단 하나의 반응 챔버를 형성한다. 모듈의 후방 케이지(3)의 경우도 상기와 동일하다.
어느 변형예 일지라도 보일러 또는 반응기는 사이펀(6)들 및/또는 외부 베드(7)들을 포함할 수 있으며, 상기 사이펀들과 외부 베드들은 반응 챔버(1)에 통합되거나/통합되지 않고 상기 반응 챔버와 접촉되도록 나란히 연결되거나/연결되지 않는다. 이는 약 5가지의 구성을 가능케 하며, 이 중 3개만이 도시된다.
구성과 관련한 제1 실시예에 따라, 도8에 도시된 바와 같이, 베드(7) 및 사이펀(6)들은 반응 챔버(1)에 통합되어 있지만, 접촉될 수 있도록 연결되어 있지는 않다.
제2 실시예에 있어, 도9에 도시된 바와 같이, 사이펀(7)은 반응 챔버와 분리되며 접촉되도록 연결되어 있지 않다. 교환용 패널(9a 및 9b)들은 반응 챔버(1)에 배치되어 있다.
제3 실시예에 있어, 도10에 도시된 바와 같이, 베드(7)와 사이펀(6)들은 반응 챔버(1)와 분리되고 접촉되도록 연결되어 있다.
보일러의 제2 변형예에 따라, 도11에 도시된 바와 같이, 전술한 베드(7)와 사이펀(6)의 모든 구성들이 가능하다.
덕트(4)는 여러 가지 형태로 제공될 수 있다.
도12, 도13 및 도14에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(1)내에 통합된 덕트(4)는 덕트(4)의 축의 연장선 내 개구부에 대해 직선을 이루며 거의 직사각형에 가까운 단면을 제공한다. 바닥부(40)는 반응 챔버의 외부방향으로 약하게 경사짐으로써(도12의 (a), 도13의 (a) 및 도14의 (a) 참조) 입자들을 덕트의 정면부(42)방향으로 안내할 수 있다. 상기 덕트의 정면부는 분리기(2)내 고체 수집기의 정면부의 연장선에 위치한다.
덕트(4)의 바닥부(40)는 반응 챔버(1)의 내부에서 외부방향으로 (도12 참조)그리고 덕트의 입구에서 분리기(2) 방향으로 경사진다(도12의 (b) 참조). 덕트(4)의 내벽부는 분리기(2)가 위치한 방향으로 수렴한다(도12의 (b) 참조).
편향부(11)는 반응 챔버의 상부에 위치하며 덕트(4)의 개구부와 정면으로 마주봄에 따라(도12, 도13 및 도14 참조) 덕트(4)의 내부로의 입자들의 도입이 용이해진다. 본 명세서에 미도시한 변형예는 상기 편향부(11)를 포함하지 않을 수도 있다.
배치와 관련한 제2 변형예에 따라, 도13에 도시된 바와 같이, 덕트(4)는 변화하는 단면을 갖는다. 바닥부(40)는, 도13에 도시에서 볼 수 있듯이, 처음에는 수평을 이루다가 분리기(2)방향으로 기울어진 경사면을 취한다. 내벽부(41)는 단면의 변화를 제공한다(도13b참조). 덕트(4)는 이와 같이 분리기(2)로 갈수록 점차적으로 축소되며, 이는 입자들과 연소 가스의 양호한 가속을 허용하며 그에 따라 가스의 입자들의 분리를 향상시킨다.
배치와 관련한 제3 변형예에 따라, 덕트(4)의 바닥부(40)는 단면을 축소시키기 위해 먼저 반응 챔버(1)의 상부방향으로 향한 후, 도14에 도시된 바와 같이 하부방향으로 내려간다. 벽부(41)는 상기 제2 변형예의 경우와 마찬가지로 단면의 변화를 제공한다(도13b참조).
도15 내지 18에 도시된 바와 같이, 덕트의 입구(46)는 덕트(4)의 축에 대해 수직을 이룬다.
전술된 경우들과 마찬가지로, 덕트의 외호면에 대해 평행을 이루는 입구용 개구부가 구비된 덕트의 단면은 상기 덕트(4)의 구역(43) 내에서 외부 방향으로 기울기가 약한 경사면을 제공하며 거의 직사각형에 가까운 형태를 취한다(도15의 (a), 도16의 (a), 도17의 (a) 및 도18의 (a) 참조).
배치와 관련한 제1 변형예에 따라, 도15에 도시된 바와 같이, 바닥부(15)는 분리기(2) 방향으로 경사져 연장된다. 상기 바닥부(40)는 반응 챔버(1)의 외부방향으로 약하게 경사짐으로써(도15의 (a), 도16의 (a), 도17의 (a) 및 도18의 (a) 참조) 입자들이 덕트(4)의 정면부(42) 방향으로 안내되도록 한다. 상기 정면부는 분리기(2) 내 고체 수집기의 정면부(21)의 연장선에 위치한다. 바닥부(40)는 편향부(미도시)를 형성하기 위해서 반응 챔버의 벽부 방향을 향해서 둥근 모양을 취할 수 있다.
벽부(41)은 입자들 및 연소 가스를 가속하기 위해 분리기(2)방향으로 수렴한다(도15의 (b), 도16의 (b), 도17의 (b) 및 도18의 (b) 참조)
배치와 관련한 제2 변형예에 따라, 도16에 도시된 바와 같이, 바닥부(40)는 먼저 덕트(4)의 입구에 상응하는 구역(42)내에서 상부방향으로 안내된다. 이러한 배치는 입자 및 가스들의 덕트(4)의 내부로의 유입을 개선한다. 또한, 상기 바닥부는 후행하는 구역(43)에서 전술한 배치에 관한 변형예와 마찬가지로 하부방향으로 안내된다.
배치와 관련한 제3 변형예(도17 참조)에 따라, 바닥부(40)는 덕트(4)의 입구의 구역(42) 내에서 수평을 이루고, 구역(43)에서는 전술한 배치에 관한 변형예와 마찬가지로 경사면을 형성한다.
전술한 모든 변형예들에 따라, 반응 챔버(1) 및 덕트(4)내로 튜브가 삽입된다. 덕트들의 배관(tubing)을 구성하는 튜브(8)들은 반응 챔버(1)의 벽부(1c 또는 1d)의 튜브들을 통해 냉각제를 공급받는다.
덕트(4)들이 팔꿈치 모양으로 굽은 형태를 하고 있는 변형예에 따라, 구역(42)에 상응하는 상기 덕트(4)의 입구의 바닥부(40)는 반응 챔버(1)의 벽부(1c)(도18의 (c) 참조) 또는 벽부(1d)(도15의 (c), 도16의 (c) 및 도17의 (c)참조))로부터 복귀되는 튜브(80)들로 구성된다. 이와 같이, 튜브(80)는 왕복순환을 하면서 덕트(4)의 구역(42) 내에서 바닥부(40)를 형성한다(도15의 (c) 내지 도18의 (c) 참조).
덕트(4)는 통합되거나/통합되지 않은 말단부(44)에 의해서 부분적으로 또는 전체적으로 분리기(2)내에서 연장될 수 있다(도19 내지 도21 참조).
덕트(4)의 상기 말단부(44)가 완전히 반응 챔버(1)내에 포함된 경우(도21 및 도21의 (a) 참조)에 있어, 덕트(4) 벽부의 튜브(8)들은 바닥부 및 벽부용으로 반응 챔버(1)의 튜브들이 우회된 것이며, 반응 챔버(1) 벽부 튜브들은 벽부(41a)용으로 우회된 튜브들이다.
상기 말단부가(44)가 분리기(2) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 경우에 있어, 덕트(4) 벽부의 튜브(8)들은 분리기(2)(도19의 (a), 도19b, 도20 및 도20의 (a) 참조)의 내부에 배치된 부분을 위해서 분리기(2)에서 우회된 것이다.
반응 챔버(1)와 분리기(2) 사이에 위치한 부분(44a)도 마찬가지로 반응 챔버(1) 및/또는 분리기(2)로부터(도19 내지 도19의 (a) 참조) 개시될 수 있는 튜브들이 우회하는 점에 기인해서 튜브를 구비한다.
2개 또는 다수의 모듈(도22참조)로 구성된 보일러 또는 반응기는 2개 이상의 모듈이 상호간 접촉되도록 연결됨으로써 실현된다. 제1 변형예에 따른 기본 모듈에 있어, 도22에 도시된 바와 같이, 보일러 또는 반응기는 반응 챔버(1)를 기준으로 대칭으로 이루며 위치하는 2개의 기본 모듈들로 구성된다.
반응 챔버(1)는 2개의 기본 반응 챔버들이 결합함에 따라 하부가(1e) 분기된 하나의 반응 챔버를 형성한다.
반응 챔버(1)의 근방에 위치한 2개의 분리기(2)들은 연결 덕트(23)에 의해서 후방 케이지(3)에 연결된다.
도22에 도시된 바와 같은 구성에서, 단 하나의 후방 케이지(3)만 존재한다. 연결 덕트(23a)가 반응 챔버(1)의 상부를 따라가면서 후방 케이지(3)와 만나는 반면, 또 다른 덕트(23b)는 상기 후방 케이지(1)에 직접 진입한다. 단 하나의 후방 케이지를 구비한 이러한 구성에 의해서 컴팩트성이 개선될 수 있다.
분리기(2)의 방향으로 가스용 출구가 위치한 곳에서 덕트(4)의 상부 내에 편향부(45)가 배치된다.
도25 내지 도31에서 알 수 있듯이, 또 다른 변형예가 가능하다. 가스 배출구용으로 사용되는 연결 덕트(23)는 상기 사이클론(cyclone, 2)의 내부에 배치되며, 편향부(미도시)는 덕트(23)내부로 가스의 유입을 용이하게 하기 위해 분리기(2)의 덮개부 내에 설치될 수 있다. 가스 배출용 덕트(23)는 분리기(2)의 원추형 부분(24, 다각형 또는 원형)의 상부에서 시작해서 상기 분리기(2)의 하부까지 내려간다. 이와 같이, 덕트(23)는 분리기(2)를 지탱할 만큼 충분히 높은 강성을 지닌다. 반응부(1), 분리기(2) 및 후방 케이지(3)로 이루어진 전체 구간은 비임(90)을 매개로 한 콘크리트(9) 블록 상에 설치된다.
도25에 도시된 바와 같이, 분리기(2)는 덕트(5) 및 사이펀(6) 그리고 덕트(23)로부터 지지받는다. 가스들은 덕트(23)에 의해서 분리기(2)로부터 배출되며, 상기 덕트는 가스를 하부방향으로 그리고 후방 통로로 안내한다. 상기 후방 통로에서 가스는 다시 상승하며 외부로 배출된다.
도26에 도시된 바와 같이, 분리기는 사이펀(6) 및 외부 배드(7)로 구성된 전체 구간과 덕트(5)에 의해서만 지지받는다. 여기서, 가스들은 전술한 바와 같이 덕트(23)에 의해서 배출된다. 상기 덕트는 가스들을 분리기(2)의 중간 높이로 안내하면서 상승시킨 후 가스들을 후방 케이지(3) 내부로 다시 하강시킨다. 가스는 상기 후방 케이지(3)의 하부로부터 배출된다.
도27에 도시된 바와 같이, 분리기는 사이펀(6) 및 외부 배드(7)로 이루어진 전체 구간과 덕트(5)에 의해서만 지지받는다. 가스들은 중간 높이에서 배출된 후 후방 케이지(3) 방향으로 안내된다. 상기 후방 케이지는 덕트(23)를 매개로 수평방향으로 배치된다.
도28는 분리기(2)가 덕트(5), 사이펀(6) 및 덕트(23)로부터 지지받고 후방 케이지(3)가 수평방향으로 배치된 일 변형예를 나타낸 개략도이다.
도28a는 도28의 일 변형예에 따라, 연소실(1) 및 분리기(2)로 구성된 전체 구간이 중간 높이에 철근 골조(91)상에 매달려 있는 상태를 나타낸 개략도이다. 이러한 구성에 의해 통상적인 골조보다 높이가 많이 낮은 골조를 실현할 수 있다.
도29는 일 변형예에 따라, 동일한 하나의 후방 케이지(3)가 2개의 분리기(2)로부터 공급받는 상태를 나타낸 개략도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 2개의 배관(23a 및 23b)들은 수평방향으로 배치된 후방 케이지(3)를 만나는 공통부분인 덕트(23) 내에서 서로 만나고 있다. 분리기(2)는 배관(5), 사이펀(6) 및 외부 베드(7)로부터 지지된다.
도30은 반응 체인버(1), 분리기(2) 및 후방 케이지(3)로 구성되는 전체 구간을 나타낸 개략도이다. 후방 케이지(3)와 서로 접촉되도록 연결되고, 분리기(2)와 공통부를 가지며 수평방향으로 이루는 상기 전체 구간은 하나의 이중 모듈을 형성한다.
도31은 모듈의 또 다른 변형예를 나타낸 개략도이다. 상기 모듈은 4개의 분리기(2)를 가지는 2개의 반응 챔버(1)들과 단 하나의 후방 통로(3)로 구성되며, 상기 후방 통로는 수평을 이루고 4개의 분리기(2)들과 공통부를 가진다.

Claims (35)

  1. 가속 덕트(4)에 의해서 원심 분리기(2)에 연결되며 상기 반응 챔버(1)에서 나오는 열가스로부터 입자들을 분리시키는 반응 챔버(1)를 포함하는 순환 유동 베드 반응기이며,
    상기 가속 덕트(4)는 상기 반응 챔버(1)의 상부 내에 적어도 부분적으로 배치되며, 상기 원심 분리기(2)는 거의 직선을 이루는 수직의 벽부들을 제공하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가속 덕트(4)는 완전히 상기 반응 챔버(4)의 상부 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가속 덕트(4)는 상기 덕트(4)의 외호면에 대해 거의 수직을 이루는 입구용 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가속 덕트(4)는 상기 덕트(4)의 외호면에 대해 거의 평행을 이루는 입구용 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 분리기(2)는 상기 반응 챔버(1)와 공통부를 가지는 벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 분리기(2)는 후방 케이지(3)와 공통부를 가지는 벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 반응 챔버(1)는 후방 케이지(3)와 공통부를 가지는 벽부(1b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 챔버(1), 분리기(2) 및 후방 케이지(3)으로 구성된 전체 구간은 기본 모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반응 챔버(1) 및 분리기(2)는 정렬되어 있는 외벽부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 반응기의 출력은 사용된 기본 모듈의 개수에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 2개의 모듈들은 공통 부분인 벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 2개의 모듈과 공통부를 가지며 2개의 분리기(2) 사이에 위치하는 벽부가 부분적인 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인접한 2개의 모듈들을 가지는 반응 챔버(1)들이 결합되는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인접한 2개의 모듈들을 가지는 후방 케이지(3)들이 결합되는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 챔버(1)의 내벽부가 가속 덕트(4)의 입구용 편향부(11)를 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽부들이 튜브를 구비하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 가속 덕트(4), 분리기(2) 및 반응 챔버(1)들의 상부 및 하부가 내화재층으로 덮히는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  18. 제16항에 있어서, 상기 반응 챔버 내에 위치한 가속 덕트(4) 부분의 벽부들(40, 41, 42, 43 및 44)은 반응 챔버(80)의 벽부들 내에 위치한 튜브(8)들을 이용하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  19. 제16항에 있어서, 상기 반응 챔버 내에 위치하는 가속 덕트(4) 부분의 벽부들(40, 41, 42, 43 및 44)은 분리기(2) 내에 위치한 튜브(8)들을 이용하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 가속 덕트(4) 부분의 벽부들(40, 41, 42, 43 및 44)이 또 다른 별개의 회로를 형성하는 튜브(8)들로 구성되는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  21. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 쳄버(1)와 상기 분리기(2) 사이에 위치하는 가속 덕트(4) 부분의 벽부(44a)들은 반응 챔버 및 분리기의 벽부들의 튜브(80)들을 이용하여 실현되는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  22. 제15항에 있어서, 상기 편향부(11 및 45)는 반응 챔버(1)의 벽부로부터 개시되어 우회되는 튜브(8)들에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편향부는 덕트(4)의 바닥부의 튜브(8)들의 둥근 부분에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 유동 베드 반응기.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덕트(4)의 바닥부(40, 42 및 43)는 분리기(2) 방향으로 기울어지는 적어도 하나의 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덕트(4)의 바닥부(40, 42 및 43)는 덕트(4)의 외호면 방향으로 기울어지는 적어도 하나의 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덕트(4)의 내/외벽부(41)들은 다수의 단면들의 변화를 제공하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 분리기(2)의 가스 배출은 수직의 덕트(23)에 의해 실행되며, 상기 수직의 덕트는 상기 분리기(2)의 내부에 위치하며 가스들을 분리기(2)의 하부방향으로 안내하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  28. 제27항에 있어서, 상기 덕트(23)는 분리기(2)의 중심부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  29. 제27항에 있어서, 상기 편향부는 분리기(2)의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  30. 제28항에 있어서, 상기 편향부는 적어도 연소 가스들의 배출용 덕트(23)의 단면과 일치하는 단면을 가지며, 상기 편향부의 크기는 분리기(2)의 영구적 단면을 가진 부분의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리기(2)는 분리기(2)의 배출용 덕트(5 및 23)들 중 적어도 하나에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후방 케이지(3)는 수평을 이루는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후방 케이지(3)는 분리기(2)의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후방 케이지(2)는 콘크리트(9) 블록상에 설치되는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 분리기는 메인 분리기(2)와 후방 케이지(3) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 유동 베드 반응기.
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