KR20050070328A - 순환유동층 보일러의 고체 재순환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 순환유동층 연소로에서 배출된 배연가스에 포함된 고체입자를 사이클론에서 포집한 후에 연소로로 유동시켜 재연소하는 고체 재순환 장치에 있어서, 연소로의 가스역류현상을 방지할 수 있고 유동화 공기량을 저감시켜 동력비를 절감하기 위한 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사이클론(103)에서 포집된 고체입자를 유동화 상태에서 연소로 방향으로 재순환시키는 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치에 있어서, 사이클론(103)의 하단에 수직방향으로 연결된 업스트림 다리부(111)와, 업스트림 다리부(111)의 하단에 하향으로 경사지게 연결된 베이스부(112)와, 베이스부(112)의 하단에 수직방향으로 연결된 다운스트림 다리부(113)와, 다운스트림 다리부(113)의 상단에 하향으로 경사지게 연결되어 연소로(101)에 연결된 배출부(114)를 포함하여 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치는 업스트림 다리부에 경사진 베이스부가 연결되어 있어 사이클론에서 내려온 고체입자가 베이스부를 따라 자중에 의해 유동할 수 있다. 따라서 업스트림 다리부와 베이스부를 연결하는 부위에 공급하는 공기의 양을 감소시켜 동력비를 절감할 수 있다.

Description

순환유동층 보일러의 고체 재순환 장치{The Solid Re-circulating Apparatus of Circulating Fluidized Bed Boiler}
본 발명은 순환유동층 연소로에서 배출된 배연가스에 포함된 고체입자를 사이클론에서 포집한 후에 연소로로 유동시켜 재연소하는 고체 재순환 장치에 관한 것으로 특히, 연소로의 가스역류현상을 방지할 수 있고 유동화 공기량을 저감시켜 동력비를 절감하기 위한 것이다.
순환유동층 연소는 다양한 연료(석탄, 슬러지, 고형화 연료 등)를 주입하고 고온의 층물질(모래 등)과 함께 유동시켜 연소로 내에서 연소시키는 방식으로서, 연소반응이 빠르고, 일반 석탄 화력연소방식에 비해 조업온도(870℃)가 낮아서 질소산화물의 발생량이 작다. 또한 연소과정 중에 석회석을 주입하여 노내 탈황이 가능하며, 연소로 내에 온도제어가 용이하다.
이런 순환유동층 연소로는 유동화 공기에 의해 석탄 회재 및 층물질이 연소로 전역에 균일하고 빠르게 혼합 및 연소되며, 배연가스와 함께 비산 유출된 고체입자는 사이클론에서 포집되어 고체 재순환 장치로 이송된 후에 연소로 내로 재순환된다. 따라서 이런 순환유동층 연소로는 종래의 미분탄 연소로에 비해 높은 연소효율을 얻을 수 있다.
도면에서, 도 1은 종래에 공지된 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치의 한 예를 나타낸 단면도이고, 도 2도 종래에 공지된 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 고체 재순환 장치(5)는 '미국특허 제5682828호'에 공지된 발명로서, 고체 재순환 장치(5)는 다수 개의 파이프로 구성되고, 업스트림 다리부(5a)는 수직방향으로 사이클론(3)의 출구경과 연결되며, 베이스부(수평다리부)(5b)는 업스트림 다리부(5a)의 끝단에 연결되어 수평방향으로 뻗어 있다.
또한 업플로우 다리부(도면에 도시안됨)는 업스트림 다리부(5a)와 평행하며 양 옆으로 분기된 측면 다리부(5c)의 중앙에 위치한다. 측면 다리부(5c)는 수직방향으로 위치하며 끝단이 경사지게 형성되고, 측면 다리부(5c)에 연결된 리턴 다리부(5d)는 하향으로 경사져 연소로(1)에 연결된다. 그리고 업스트림 다리부(5a)와 수평다리부(5b)에는 공기 주입부(7)가 연결된다.
한편, 도 2에 도시된 고체 재순환 장치(15)는 '미국특허 제5,735,682호'에 공지된 발명로서, L-밸브의 변형 예이다. 이런 고체 재순환 장치를 살펴보면, 사이클론(13) 하단부와 연결된 업스트림 다리부(15a)와, 이런 업스트림 다리부(15a)에 연결된 수평다리부(15b) 및 약간의 하향 경사를 가지며 연소로(11)와 연결된 경사다리부(15c)로 구성된다. 그리고 업스트림 다리부(15a)와 수평다리부(15b)에 각각 공기 주입부(17)를 설치하여 고체입자의 흐름을 가속시켜 준다.
도 1 및 도 2에 도시된 고체 재순환 장치는 연소로에 연결된 리턴 다리부 및 경사다리부가 경사지게 형성되어 층물질이 원활하게 연소로로 진입할 수 있게 개발된 것이다.
하지만, 수평상태의 수평다리부에서는 고체입자가 원활하게 유동하지 못하고 정체되는 데드 존(Dead Zone)이 형성되는데, 이와 같은 데드 존의 발생은 연소로로부터 공기의 역류현상을 야기한다. 이와 같이 공기의 역류현상이 발생하게 되면 사이클론의 성능은 저하되며, 이를 극복하기 위해서는 고체입자의 유동이 원활하게 이루어질 수 있도록 수평다리부에 주입하는 공기의 양을 증가시켜야 한다.
이와 같이 공기의 양을 증가하기 위해서는 공기주입구로 공기를 공급하는 팬(fan)의 용량 및 제작비용이 증가하게 된다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 연소로에서의 가스역류현상을 방지하여 사이클론의 기능을 향상시키고, 또한 공기공급부에서 제공되는 공기량 및 다운스트림 다리부의 높이를 낮게 하여 유동영역을 축소시킴으로써 공기상자를 통한 유동화 공기량을 저감하여 동력비를 절감할 수 있게 구성된 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사이클론에서 포집된 고체입자를 유동화 상태에서 연소로 방향으로 재순환시키는 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치에 있어서, 상기 사이클론의 하단에 수직방향으로 연결된 업스트림 다리부와, 상기 업스트림 다리부의 하단에 하향으로 경사지게 연결된 베이스부와, 상기 베이스부의 하단에 수직방향으로 연결된 다운스트림 다리부와, 상기 다운스트림 다리부의 상단에 하향으로 경사지게 연결되어 상기 연소로에 연결된 배출부를 포함하여 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 베이스부가 연결된 상기 업스트림 다리부의 하단 측부에 대한 반대쪽 측부에는 제1 공기공급부가 연결되어 상기 베이스부를 향해 공기를 주입한다.
또한, 본 발명의 상기 다운스트림 다리부와 상기 베이스부가 연결된 부분에는 상기 다운스트림 다리부의 방향으로 공기를 분사하는 제2 공기공급부가 설치된다.
아래에서, 본 발명에 따른 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 고체 재순환 장치를 나타낸 상세도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 사이클론(103)의 하단과 연소로(101)의 하단부를 고체 재순환 장치(110)가 연결한다. 이런 고체 재순환 장치(110)는 사이클론(103)의 하단부에 수직방향으로 연결된 업스트림 다리부(111)와, 업스트림 다리부(111)의 하단에 하향으로 소정의 각도로 경사지게 연결된 베이스부(112)와, 베이스부(112)의 하단에 상부방향으로 수직하게 연결된 다운스트림 다리부(113)와, 다운스트림 다리부(113)의 상단에 하향으로 소정의 각도로 경사져 연소로(101)의 하단에 연결된 배출부(114)를 포함하며, 업스트림 다리부(111)의 하단 측부에는 제1 공기공급부(121)가 설치되어 베이스부(112)로 외부 공기를 주입하고, 베이스부(112)와 다운스트림 다리부(113)가 연결된 부분에는 공기상자(130)가 형성되며, 다운스트림 다리부(113)를 향해 외부 공기를 주입할 수 있도록 제2 공기공급부(122)가 연결된다.
아래에서는 이와 같이 구성된 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
업스트림 다리부(111)는 사이클론(103)의 출구경과 동일한 직경의 파이프로서, 출구경에 수직방향으로 연결되며, 이런 업스트림 다리부(111)의 하단 측부에는 동일한 직경의 베이스부(112)가 연결된다. 한편 업스트림 다리부(111)에 있어서, 베이스부(112)가 연결된 업스트림 다리부(111)의 하단 측부의 반대쪽 측부에는 제1 공기공급부(121)가 연결된다. 이런 업스트림 다리부(111)의 높이는 업스트림 다리부(111)의 내경에 대한 0.5∼4배의 길이로 수직하게 위치한다. 도면에는 도시되지 않았지만, 제1 공기공급부(121)를 통해 주입되는 공기 유량은 별도의 제어장치를 통하여 외부에서 제어 가능하다.
한편, 베이스부(112)는 업스트림 다리부(111)의 하단에 연결되는데, 수평방향에 대해 하향으로 30∼60˚의 각도로 연결된다. 여기에서 베이스부(112)가 30°미만이면 고체입자의 유동속도가 느려지고, 60°이상이면 다운스트림부로 고체입자를 이송하기 위해 별도의 공기주입부를 설치하여야 한다는 단점이 있다. 따라서, 베이스부의 경사각도는 30~60°가 가장 바람직하다.
그리고, 베이스부(112)의 하단에는 수직방향으로 다운스트림 다리부(113)가 연결되며, 베이스부(112)와 다운스트림 다리부(113)의 연결부에는 분산판(140) 및 공기상자(130)가 설치되어 다운스트림 다리부(113)에서 퇴적된 재순환 고체입자를 유동시킨다. 유동화에 필요한 공기량은 외부에 설치된 별도의 제어장치를 통해 조정되며, 분산판(140)에는 노즐(141)들이 설치되어 공기를 분사하여 고체입자를 유동화 시킨다. 한편, 배출부(114)는 다운스트림 다리부(113)의 상단에 연결되어 수평방향에 대해 소정의 각도(θ)로 하향 연결되어 연소로(101)에 연결된다.
아래에서는 이와 같이 구성된 본 발명의 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치의 작동관계에 대해 설명한다.
사이클론(103)에서 포집되어 이송된 고체입자는 업스트림 다리부(111)를 통하여 이송되며, 제1 공기공급부(121)에서 공급된 공기에 의해 고체입자는 베이스부(112)를 따라 유동화 되어 내려간다. 이와 같은 구성을 종래의 L-밸브(미국특허 제5,735,682호)와 비교하여 보았을 때에, L-밸브에서는 수평다리부(15b)로 고체입자를 이송하기 위해 많은 양의 공기를 주입하여야 하나, 본 발명에서는 베이스부(112)가 소정의 각도로 경사져 있기 때문에, 제1 공기공급부(121)에서는 고체입자가 베이스부(112)의 입구로 유동할 수 있는 공기량만 주입하면, 자중에 의해 고체입자는 베이스부(112)를 따라 내려간다.
한편, 베이스부(112)를 거쳐 다운스트림 다리부(113)로 유동된 고체입자는 공기상자(130)에서 공급된 공기에 의해 유동화 되어 배출부(114)를 거쳐 연소로(101)로 재순환 된다.
여기에서 다운스트림 다리부(113)는 낮은 높이를 갖는 것이 바람직하다. 다운스트림 다리부(113)의 높이가 낮으면 고체입자의 양이 작아지게 되고, 그에 따라 공기상자에서 공급하는 공기의 양도 감소시킬 수 있어 제2 공기공급부(122)의 동력비가 절감된다. 또한 다운스트림 다리부(113), 베이스부(112) 및 업스트림 다리부(111)의 일부에 퇴적된 고체입자에 의해 가스밀봉이 충분히 이루어져 연소로(101)내에서의 가스 역류 현상을 방지할 수 있다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치는 업스트림 다리부에 경사진 베이스부가 연결되어 있어 사이클론에서 내려온 고체입자가 베이스부를 따라 자중에 의해 이동된다. 따라서 업스트림 다리부와 베이스부를 연결하는 부위에 공급하는 공기의 양을 감소시켜 팬(fan)의 동력비를 절감할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치는 베이스부와 배출부 사이에 수직방향의 다운스트림 다리부가 위치한다. 이런 다운스트림 다리부에 채워진 고체입자는 연소로 내부의 높은 압력에 의한 압력불균형을 막아줌으로써, 사이클론의 기능 저하를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 1은 종래에 공지된 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치의 한 예를 나타낸 단면도이고,
도 2도 종래에 공지된 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치의 다른 예를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치를 나타낸 단면도이며,
도 4는 도 3에 도시된 고체 재순환 장치를 나타낸 상세도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1, 101 : 연소로 3, 103 : 사이클론
110 : 고체 재순환 장치 111 : 업스트림 다리부
112 : 베이스부 113 : 다운스트림 다리부
114 : 배출부 121, 122 : 공기공급부
130 : 공기상자 140 : 분사판

Claims (3)

  1. 사이클론에서 포집된 고체입자를 유동화 상태에서 연소로 방향으로 재순환시키는 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치에 있어서,
    상기 사이클론의 하단에 수직방향으로 연결된 업스트림 다리부와,
    상기 업스트림 다리부의 하단에 하향으로 경사지게 연결된 베이스부와,
    상기 베이스부의 하단에 수직방향으로 연결된 다운스트림 다리부와,
    상기 다운스트림 다리부의 상단에 하향으로 경사지게 연결되어 상기 연소로에 연결된 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부가 연결된 상기 업스트림 다리부의 하단 측부에 대한 반대쪽 측부에는 제1 공기공급부가 연결되어 상기 베이스부를 향해 공기를 주입하는 것을 특징으로 하는 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다운스트림 다리부와 상기 베이스부가 연결된 부분에는 상기 다운스트림 다리부의 방향으로 공기를 분사하는 제2 공기공급부가 설치된 것을 특징으로 하는 순환유동층 보일로의 고체 재순환 장치.
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