KR20070060065A - 발전소용 미분탄 보일러용 노 - Google Patents

발전소용 미분탄 보일러용 노

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KR20070060065A
KR20070060065A KR1020070051698A KR20070051698A KR20070060065A KR 20070060065 A KR20070060065 A KR 20070060065A KR 1020070051698 A KR1020070051698 A KR 1020070051698A KR 20070051698 A KR20070051698 A KR 20070051698A KR 20070060065 A KR20070060065 A KR 20070060065A
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water cooling
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wall
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Abstract

본 발명은 발전소용 미분탄 보일러용 노를 개시한다. 본 발명에 따른 발전소용 미분탄 보일러용 노는: 노벽과; 상기 노벽의 내측에서 상기 노벽을 따라 이격되게 형성된 외부 수냉벽과; 상기 외부 수냉벽의 내측에서 상기 외부 수냉벽과 이격되게 형성된 내부 수냉벽과; 상기 외부 수냉벽와 내부 수냉벽 사이에서 연소실을 이루는 공간에 미분탄을 분사하는 미분탄 분사노즐;을 구비한다.

Description

발전소용 미분탄 보일러용 노{A furnace of a pulverized coal boiler for power station}
도 1는 종래의 발전소용 미분탄 보일러용 노의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소용 미분탄 보일러용 노의 사시도 및 단면도이다.
도 3은 미분탄 분사노즐의 사시도이다.
도 4는, 도 3에 도시된 미분탄 분사노즐의 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 보일러 형태에 따라 달라지는 내부 수냉벽의 여러가지 수관배열을 도시한 사시도이다.
도 5는 수직으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이다.
도 6은 수평으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이다.
도 7은 경사형으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이다.
도 8은 수직 원심형으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이다.
도 9은 수직 간헐형으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이다.
도 10 내지 도 12는 외부 수냉벽의 실시예들을 도시한 단면도이다.
도 10은 사각형의 단면 형상으로 이루어진 외부 수냉벽의 단면도이다.
도 11은 오각형의 단면 형상으로 이루어진 외부 수냉벽의 단면도이다.
도 12는 원형의 단면 형상으로 이루어진 외부 수냉벽의 단면도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100..발전소용 미분탄 보일러용 노 110..노벽
120..외부 수냉벽 130..내부 수냉벽
131..공기분사 노즐 140..미분탄 분사노즐
150..연소실
본 발명은 발전소용 미분탄 보일러용 노에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미분탄을 분사하여, 물이 흐르는 수관을 가열하는 발전소용 미분탄 보일러용 노에 관한 것이다.
도 1는 종래의 발전소용 미분탄 보일러용 노의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 미분탄 발전용 보일러(10)는, 노벽(20)과, 수관벽(30)과, 미분탄 분사노즐(40)을 구비한다.
노벽(20)은 미분탄 발전용 보일러(10)의 외형을 이루는 것이다.
수관벽(30)은 노벽(20)의 내측에 배치된 것으로, 복수의 수관벽(30)들이 노벽(20)과 일정거리 이격되어 서로 연결된 것이다. 이러한 수관벽(30)에는 물이 흐 른다.
미분탄 분사 노즐(40)은 수관벽(30) 사이에 형성되어 상기 노벽(20)의 중심을 향하여 미분탄을 분사한다.
상기와 같이 구성된 종래의 미분탄 발전용 보일러(10)는, 상기 미분탄 분사 노즐(40)에서 분사되는 미분탄이 상기 수관벽(30)으로 둘러싸인 공간에서 연소된다. 이 경우, 각각의 미분탄 분사 노즐(40)에서 분사되는 연료가 연소하면서 화염(50)을 만들게 된다. 상기 화염(50)은 상기 공간 속에서 합체되면서 하나의 거대한 원기둥형 화염(50)을 이루고, 상기 화염(50)의 중심부는 고온이 되어 화이어 볼을 형성하게 된다.
이러한 화이어 볼의 온도는 최고 1300℃ 이상까지 이르게 되고, 이온도에서 공기 중의 질소가 연소되어 대기환경 유해물질인 대량의 질소산화물(NOx)을 생성하게 되는 문제가 발생한다.
또한, 상기 화이어 볼은 자체의 온도가 높긴 하지만, 수관벽(30)과 어느 정도 거리가 떨어져 있기 때문에 수관벽(30)의 내부를 따라 흐르는 물을 가열하는데 복사열에 의한 열전달 이외에 다른 영향을 주지 못하는 문제점이 발생한다.
또한, 화이어 볼의 온도가 고온이기 때문에, 미분탄이 연소될때 발생하는 석탄재가 고온의 화이어 볼에 의해 녹아서 접착력이 높은 클링커(Clinker)가 되고, 상기 클링커가 수관벽(30)에 달라붙게 된다. 이러한 클링커는 화이어 볼에서 발산되는 열이 수관벽(30)에 전달되는 것을 저해하여, 수관벽(30)의 열전도 효율을 떨어뜨리는 문제점이 발생한다.
본 발명은, 대량의 질소산화물을 생성하지 않으면서, 열효율이 떨어지는 것을 방지하도록 구조가 개선된 발전소용 미분탄 보일러용 노를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 발전소용 미분탄 보일러용 노는: 노벽과; 상기 노벽의 내측에서 상기 노벽을 따라 이격되게 형성된 외부 수냉벽과; 상기 외부 수냉벽의 내측에서 상기 외부 수냉벽과 이격되게 형성된 내부 수냉벽과; 상기 외부 수냉벽와 내부 수냉벽 사이에서 연소실을 이루는 공간에 미분탄을 분사하는 미분탄 분사노즐;을 구비한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소용 미분탄 보일러용 노의 사시도 및 단면도이고, 도 3은 미분탄 분사노즐의 사시도이며, 도 4는, 도 3에 도시된 미분탄 분사노즐의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 발전소용 미분탄 보일러용 노(100)는, 노벽(110)과, 외부 수냉벽(120)과, 내부 수냉벽(130)과, 미분탄 분사노즐(140)을 구비한다.
노벽(110)은 발전소용 미분탄 보일러용 노(100)의 외형을 이루는 것이다.
외부 수냉벽(120)은 노벽(110)의 내측에서 상기 노벽(110)을 따라 이격되게 형성된다. 이러한 외부 수냉벽(120)의 내부에는 물과 같은 열전달용 유체가 흐른다. 미분탄이 연소되어 외부 수냉벽(120)이 가열되면, 열전달용 유체가 가열된다.
내부 수냉벽(130)은 외부 수냉벽(120)의 내측에서 상기 외부 수냉벽(120)과 이격되게 형성된다. 이러한 외부 수냉벽(120)의 내부에는 물과 같은 열전달용 유체가 흐른다. 미분탄이 내부 수냉벽(130)과 외부 수냉벽(120) 사이에 분사되고, 그 사이에서 연소가 일어나게 되면, 내부 수냉벽(130)의 주변은 파이프형 화염으로 둘러싸이게 된다. 이러한 화염은 내부 수냉벽(130)을 가열하고, 가열된 열은 내부 수냉벽(130) 내의 열전달용 유체로 전달된다.
상기 내부 수냉벽(130)의 구체적인 설치는 미도시된 순환보일러, 관류보일러, 주변 구조물 및 주변 수관의 배열에 따라 현실에 적합하게 설치한다.
미분탄 분사노즐(140)은 외부 수냉벽(120)와 내부 수냉벽(130) 사이에서 연소실(150)을 이루는 공간에 미분탄을 분사하는 역할을 한다. 이러한 미분탄 분사노즐(140)로부터 미분탄이 분사되는 각도는 수관 내부의 온도에 따라 상하로 조절될 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 발전소용 미분탄 보일러용 노(100)의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 물이 외부 수냉벽(120)과 내부 수냉벽(130)의 모든 수관에 채워지게 하고, 오일 버너등으로 화염을 분사하여 내부를 가열한다. 다음으로, 미분탄이 미분탄 분사노즐(140)을 통하여 외부 수냉벽(120)과 내부 수냉벽(130) 사이로 분사되게 하여 미분탄 화염을 착근시킨 후 오일버너를 끈다.
다음으로, 미분탄 화염이 성장하여 격렬하게 요동하면, 중앙 화염반사 내부 수냉벽(130)으로부터 공기를 분사시킨다. 그러면, 미분탄 분사노즐(140)에서 분사된 일정방향 화염과 상기 공기가 최적 혼합비로 혼합되게 되고, 화염이 외부 수냉벽(120)과 내부 수냉벽(130) 사이에서 회전하면서 파이프 형태가 되면서, 최고 연소상태가 된다.
이렇게 생성된 화염은 종래의 화염볼(fire ball)과 같은 온도의 화염관(fire pipe)이 된다. 이러한 화염은 외부 수냉벽(120)과 내부 수냉벽(130)을 가열하므로, 종래에서 처럼 하나의 외부 수냉벽(120)을 가열하는 것보다 전열효과를 상승시킨다.
즉, 본 발명의 발전소용 미분탄 보일러용 노(100)는, 외곽 수냉벽과 내부 화염반사 구조물 사이의 틈새 공간을 연소실(150)로 하여 미분탄과 공기를 공급하여 파이프형의 화염을 만들어 화염온도를 높이고 화염밀도를 높여 수관에의 입열 효과를 높이는 효과가 있다.
또한, 본원발명에 따른 발전소용 미분탄 보일러용 노(100)는, 복사열에 의한 화염온도 상승, 좁은 공간에 의한 화염밀도 상승, 화염과 수냉벽의 밀착, 회전접촉 및 전열면적증가 등의 중복효과에 의하여 상승적인 온도 상승과 증발효과를 얻게 된다.
도 5 내지 도 9는 보일러 형태에 따라 달라지는 내부 수냉벽의 여러가지 수관배열을 도시한 사시도이다.
도 5는 수직으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이고, 도 6 은 수평으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이며, 도 7은 경사형으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이고, 도 8은 수직 원심형으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이며, 도 9은 수직 간헐형으로 배치된 수관들로 이루어진 내부 수냉벽의 사시도이다.
도 10 내지 도 12는 외부 수냉벽의 실시예들을 도시한 단면도이다.
도 10은 사각형의 단면 형상으로 이루어진 외부 수냉벽의 단면도이고, 도 11은 오각형의 단면 형상으로 이루어진 외부 수냉벽의 단면도이며, 도 12는 원형의 단면 형상으로 이루어진 외부 수냉벽의 단면도이다.
한편, 도 5 내지 도 12를 참조하면, 상기 외부 수냉벽(120) 및 내부 수냉벽(130) 중 적어도 어느 하나는, 일방향으로 나란히 배치되고, 서로 연결된 복수의 수관들을 구비하여 이루어질 수 있다.
여기서, 도 5 내지 도 9를 참조하면, 내부 수냉벽(130)은 미분탄 보일러의 형태에 따라서 그 수관배열을 다르게 할 수 있다. 이러한 내부 수냉벽(130)의 수관배열은 수직형(130), 수평형(230), 경사형(330), 수직원심형(430) 및 수직간헐형(530) 등 여러 가지 형태로 변화시킬 수 있다. 여기서, 수평형으로 이루어진 내부 수냉벽(230)은 수평으로 배치된 복수의 수관들에 대해 수직으로 교차된 수관들을 더 구비할 수 있다.
한편, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 외부 수냉벽(120)은 원형 및 다각형 중 적어도 어느 하나의 단면 형상을 가질 수 있다. 이렇게 외부 수냉벽(120)이 사각(220)형, 오각형(320) 또는 그 이상의 다각형이나 원형(420)의 형상이 되면, 내 부 수냉벽(130)과 외부 수냉벽(120) 사이에서 발생하는 화염의 형태도 쉽게 파이프형태가 된다. 이와 같이, 화염이 파이프 형태가 되면, 전열효과가 우수하여 복사열에 의한 화염온도 상승, 좁은 공간에 의한 화염밀도 상승, 화염과 내부 및 외부 수냉벽(120, 130)의 밀착, 회전접촉 및 전열면적증가 등의 중복효과에 의하여 상승적인 온도 상승과 증발효과를 얻게 된다.
한편, 도 5를 참조하면, 내부 수냉벽(130)을 이루는 복수의 수관들 사이를 연결하는 부재에는, 공기분사 노즐(131)이 더 형성될 수 있다. 이러한 공기 분사 노즐은 연소실(150, 도 2 참조)에 공기를 공급하는 역할을 한다. 이러한 공기 분사 노즐은 경사각을 이루어 배열되는 것이 바람직하다. 공기 분사 노즐이 상방으로 경사각을 이루어 배열되면, 내부 수냉벽(130)과 외부 수냉벽(120, 도 2 참조)에서 발생하는 화염이 나선식으로 회전하면서 상승하여 미도시된 수퍼히터 및 절탄기를 거쳐 연돌로 빠져나가게 된다. 이러한 공기분사 노즐(131)은 원형, 직사각형 및 수관벽 간헐사이의 틈새형 중 등으로 변화 가능하다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 미분탄 분사노즐(140)은, 상기 내부 수냉벽(530) 및 외부 수냉벽(220) 중 적어도 어느 하나에 형성되고, 상기 내부 수냉벽(530)의 접선방향으로 미분탄을 분사하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 연소실(150)에는 미도시된 그리드 구조물이 더 구비될 수 있다. 이러한 그리드 구조물은 복사열을 방사하고 화염을 고르게 만드는 역할을 하게 하여 보일러 효율이 향상되게 한다.
한편, 상기 연소실(150)에는 미도시된 화염반사 구조물이 더 구비될 수 있 다. 화염반사 구조물은 고열에 견디는 내화물로 이루어진 것으로, 화염이 최고온도 상태일 때 내부 또는 외부 수관벽(120, 130)으로 되돌아오는 거리에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 화염반사 구조물은, 외부 수냉벽(120)과 내부 수냉벽(130) 사이의 연소실(150)로 향하는 화염이 부딪쳐 되돌아와 연소실(150) 외곽의 외부 수냉벽(120) 및 내부 수냉벽(130)을 가열하게 한다. 이에 따라, 화염반사 구조물은 화염밀도 상승과 밀착 가열의 효과로 보일러 효율이 높인다.
한편, 화염반사 구조물에는 공기구멍이 형성된 것이 바람직하다. 이러한 공기구멍은 고온화염 및 고온입자로부터 반사구조물을 보호한다.
한편, 내부 수냉벽(130)의 외부에는 내침식 용사 코팅을 할 수 있다. 이러한 내침식 용사 코팅은 화염속에 혼재하여 부딪쳐오는 연소입자에 의해 고온 침식이 되는 것을 방지하는 역할을 한다.
한편, 미분탄 분사노즐(140)은 와류분사 노즐팁을 더 구비할 수 있다. 와류분사 노즐팁은 고속으로 분사되는 미분탄을 와류분사 시킨다. 이러한 와류분사 노즐팁은 미분탄 분사 시 내부 및 외부 수냉벽(120, 130)에 더 가까운 공간에 더 골고루 퍼지게 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 발전소용 미분탄 보일러용 노는, 파이프형 화염이 회전하면서 화염온도가 최고일 때 저온의 내부 및 외부 수냉벽을 가열하게 되므로 전열효율이 높아지는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 발전소용 미분탄 보일러용 노는, 내부 및 외부 수냉벽 이 고온이 되면 상호복사열에 의해 화염온도가 상승하고, 넓은 공간으로의 화염 흩어짐이 억제되어 화염밀도가 높아지며, 연소실로 향하던 화염이 되돌아와 외부 수냉벽에 접촉되어 밀착 가열되고, 내부 수냉벽 추가에 의해 전열면적이 증가하는 등의 효과가 어우러져 전열효율을 높여 흡열 효율이 개선된다. 즉, 본 발명에 따른 발전소용 미분탄 보일러용 노에는, 온도가 높은 위치에 수냉벽이 추가 설치되어 종래의 발전소용 미분탄 보일러용 노에 비해 열흡수를 증가시키는 효과를 얻게 된다.
또한, 본 발명에 따른 발전소용 미분탄 보일러용 노에서 발생된 화염은 종래의 발전소용 미분탄 보일러용 노에서 발생된 화이어볼의 형태가 아닌 파이프 형태로 이루어진다. 이러한 파이프 형태의 화염은 한 곳으로 집중되어 고온의 화염을 만들어지지 않게 함과 더불어, 내부 수관벽에서 외부 수관벽쪽으로 분사되는 공기에 의해 화염이 냉각되어 화염 중심부에 온도가 높은 화이어 볼이 생성되지 않게 함으로서 환경유해 물질인 질소산화물의 생성을 억제하는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 노벽;
    상기 노벽의 내측에서 상기 노벽을 따라 이격되게 형성된 외부 수냉벽;
    상기 외부 수냉벽의 내측에서 상기 외부 수냉벽과 이격되게 형성된 내부 수냉벽; 및
    상기 외부 수냉벽와 내부 수냉벽 사이에서 연소실을 이루는 공간에 미분탄을 분사하는 미분탄 분사노즐;을 구비하는 것을 특징으로 하는 발전소용 미분탄 보일러용 노.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 외부 수냉벽 및 내부 수냉벽 중 적어도 어느 하나는,
    일방향으로 나란히 배치되고, 서로 연결된 복수의 수관들을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발전소용 미분탄 보일러용 노.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 내부 수냉벽은
    상기 복수의 수관들에 대해 교차된 수관들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발전소용 미분탄 보일러용 노.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 외부 수냉벽은 원형 및 다각형 중 적어도 어느 하나의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 발전소용 미분탄 보일러용 노.
  5. 제 2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 수냉벽을 이루는 복수의 수관들 사이를 연결하는 부재에는,
    상기 연소실에 공기를 공급하는 공기분사 노즐이 더 형성된 것을 특징으로 하는 발전소용 미분탄 보일러용 노.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 미분탄 분사노즐은,
    상기 외부 수냉벽 및 내부 수냉벽 중 적어도 어느 하나에 형성되고, 상기 내부 수냉벽의 접선방향으로 미분탄을 분사하도록 형성된 것을 특징으로 하는 발전소용 미분탄 보일러용 노.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연소실에는,
    그리드 구조물이 더 구비된 것을 특징으로 하는 발전소용 미분탄 보일러용 노.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 연소실에는,
    내화물로 이루어진 화염반사 구조물이 더 구비된 것을 특징으로 하는 발전소용 미분탄 보일러용 노.
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