KR20090018047A - 순환 유동층 보일러용 유동층 열교환기와 유동층 열교환기를 구비한 순환 유동층 보일러 - Google Patents

순환 유동층 보일러용 유동층 열교환기와 유동층 열교환기를 구비한 순환 유동층 보일러 Download PDF

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Abstract

열교환기(30) 및 열교환기를 구비한 순환 유동층 보일러(10)는, 순환 유동층 보일러의 고로(12)와 연결되어 배열된 제 1 유동층 열교환 챔버(36) 및 제 2 유동층 열교환 챔버(38)와, 고온 고체를 순환 유동층 보일러(10)의 외부 순환의 입자 분리기로부터 제 1 열교환 챔버(36)로 안내하기 위한 제 1 입구 채널(18)과, 고체를 제 2 열교환 챔버(38)로 안내하기 위한 제 2 입구 채널(58)과, 제 1 열교환 챔버(36)로부터 제 2 입구 채널(58)로 냉각된 고체의 제 1 부분을 제거하기 위한 제 1 배출 수단(10)과, 냉각된 고체를 제 2 열교환 챔버(38)로부터 고로(12)로 제거하기 위한 제 2 배출 수단(61)을 포함하고, 상기 열교환기는 고로의 내부 순환(15)으로부터 제 2 열교환 챔버(38)로 직접 고온 고체를 안내하기 위한 입구 수단(64)을 포함한다. 열교환기(30)는 또한 제 1 열교환 챔버(36)로부터 고로로 직접 냉각된 고체의 제 2 부분을 제거하기 위한 제 3 배출 수단(72,74,76)을 포함하는 것이 바람직하다.
열교환기, 보일러, 고로, 입자 분리기, 입구 채널

Description

순환 유동층 보일러용 유동층 열교환기와 유동층 열교환기를 구비한 순환 유동층 보일러{A FLUIDIZED BED HEAT EXCHANGER FOR A CIRCULATING FLUIDIZED BED BOILER AND A CIRCULATING FLUIDIZED BED BOILER WITH A FLUIDIZED BED HEAT EXCHANGER}
본 발명은, 청구항 제 1항의 전제부에 따른 순환 유동층 보일러(circulating fluidized bed boiler)(CFB 보일러)용 유동층 열교환기와 이러한 열교환기를 구비하는 순환 유동층 보일러에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 CFB 보일러의 외부 고온 순환, 즉 입자 분리기에 의해 CFB 보일러의 배출 가스로부터 분리되어 고로(高爐)(furnace)로 복귀되는 고체를 위한 복귀 채널에 배열된 효율적인 열교환기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 효과적인 열교환기를 재가열이 제공되는 초임계 관류 산업용 보일러(supercritical once-through utility boiler) 내에 배열하는 방법에 관한 것이다.
CFB 보일러에서, 공급수로부터의 고온 스팀의 발생은, 예를 들어 보일러의 백패스(backpass)에 배열된 열교환기, 고로 및 백패스 벽의 수관 패널, 그리고 외부 고온 순환에 배열된 열교환 챔버에 의해 여러 단계에서 일어난다. 보다 더 효율적인 보다 대형의 CFB 보일러가 개발되면, 외부 고온 순환에서 열교환기는 더욱 중 요해진다. 따라서, 충분히 높은 열전달력을 생성할 수 있고, 여러 작동 조건에서 유연하게 작동할 수 있는 열교환기를 구비하는 보일러를 제공하는 유리한 방법을 찾아야 한다.
관류 산업용 보일러(OTU 보일러)는 고로 벽의 증발기 관을 냉각하기 위한 물의 순환을 위해 구동력을 제공하는 물과 증기의 밀도차가 필요하지 않다는 장점을 갖는다. 밀도차 대신에, 보일러의 공급수 펌프가 물 순환을 위한 구동력 역할을 한다. 따라서, OTU 보일러에서는 보일러의 수증기 발생 공정의 효율을 증가시키는 물의 임계점(220 bar) 이상의 압력에서 고온으로 증기를 가열할 수 있다. 작업 중이고 약 1000 MWe의 용량을 가지며, 고로를 빠져나오는 배연 가스(flue gas)의 온도가 약 1300℃일 수 있는 동층 연소 보일러(suspension-fired boiler)에서는, 300bar의 압력에서 증기의 달성된 최종 온도(end temperature)는 610℃였다. 고로의 온도가 통상 850℃ 내지 900℃인 CFB 보일러에서, 상응하는 증기값과, 특히, 예를 들어 620℃의 고온 재가열 온도를 이루는 것은 보일러 열교환기 설계에서 새로운 해결안을 필요로 한다.
열교환기는 고온 유입 온도 및 낮은 유출 온도를 갖는 다량의 고체가 이를 통과할 때 높은 효율을 갖는다. 일반적으로, 열교환 표면을 증가시킴으로써 열교환기의 효율을 증가시키는 것이 가능하며, 이는 열교환기 내의 유동층의 체적이 충분히 커야한다. 유동층의 높이 증가는 유동화 가스의 압력 손실을 증가시키고, 폭과 깊이를 증가시켜서, 구조 또는 공간 소비의 관점에서 부적합한 해결책이 될 수 있 다. 이러한 문제를 피하기 위해, 하나의 큰 열교환 챔버 대신에 적어도 2개의 분리된 열교환 챔버를 사용하는 것이 유리하다.
미국 특허 제 5,275,788호는 고로 벽과 관련되어 하나가 다른 하나의 상부에 배열되지만 입자 유동의 관점에서는 평행한 2개의 열교환 챔버를 포함하는 CFB 보일러를 개시한다. 입자 분리기에 의해 보일러 배출 가스로부터 분리된 고체의 바람직한 부분은 이러한 열교환 챔버 내로 안내될 것이다. 이러한 종류의 열교환기와 함께, 2개의 열교환 챔버 내로 안내될 고체는 동일한 온도를 가지며, 고체의 최종 온도는 고온으로 잔류할 것이다. 따라서, 열교환기의 열교환 효율 및 열교환기 효율의 조정성은 특히 낮은 부하에 부적당할 것이다.
미국 특허 제 5,537,941호는 서로 직렬로 연결되고 2개의 섹션은 평행하게 연결된 2개의 열교환 챔버를 갖는 상부 섹션 및 하부 섹션의 2개의 적층 섹션을 포함하는 열교환기를 개시한다. 상부 섹션 및 하부 섹션 모두는 각각의 섹션으로 진입하는 고체의 일부가 냉각되지 않는 상태로 열교환 챔버를 지나 섹션을 빠져나가는 고체로 통과할 수 있는 바이패스 채널을 포함한다. 이러한 종류의 열교환기의 조정성은 상당히 우수하지만, 여기서도 열교환기의 효율 및 가요성은 보일러의 모든 작동 가능한 조건에 충분하지 않다.
본 발명의 목적은, 전술한 종래 기술의 순환 유동층 보일러의 결점을 감소시키도록 순환 유동층 보일러의 외부 고온 순환에 배열될 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 특히, 열교환기가 재가열이 제공된 고효율 관류 산 업용 순환 유동층 보일러에 적용 가능한 순환 유동층 보일러의 외부 고온 순환 내에 배열된 열 교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 순환 유동층 보일러에 전술한 열교환기를 제공하는 것이다.
열교환기 및 순환 유동층 보일러를 포함하는 종래 기술에 포함된 상기 문제점을 해결하기 위해, 특징은 독립 청구항의 특징부에 기재된다.
따라서, 순환 유동층 보일러의 고로와 관련하여 배열된 제 1 및 제 2 열교환 챔버, 순환 유동층 보일러의 외부 순환의 입자 분리기로부터 가열된 고체를 유동화 고체를 위한 제 1 수단을 구비하는 제 1 열교환 챔버로 안내하기 위한 제 1 유입 채널, 유동화 고체를 위한 제 2 수단을 구비하고 제 2 열교환 챔버 내로 고체를 안내하기 위한 제 2 유입 채널, 제 1 열교환기로부터 제 2 유입 채널로 냉각된 고체의 제 1 부분을 제거하기 위한 제 1 배출 수단, 제 2 열교환 챔버로부터 고로 내로 냉각된 고체를 제거하기 위한 제 2 배출 수단 및 가열된 고체를 고로의 내부 순환으로부터 제 2 열교환 챔버로 직접 안내하기 위한 유입 수단을 포함하는 것이 본 발명에 따른 열교환기의 특징부이다.
따라서, 본 발명은, 효율적인 열교환기를 제공하는 해결안을 제안하고, 이러한 해결안에 따라 열교환기가 CFB 보일러의 외부 고온 순환 내에 직렬로 연결된 2개의 열교환 챔버 및 고로의 내부 순환으로부터 차후의 열교환 챔버 내로 직접 고온의 고체를 안내하는 수단을 포함한다. 이러한 종류의 열교환기에서, 2개의 열교환 챔버 모두에서 충분히 높은 고체 유동, 충분히 높은 고체의 유입 온도 및 동시에 비교적 낮은 고체의 출구 온도를 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 열교환기는 또한 제 1 열교환 챔버로부터 직접 고로 내로 냉각된 고체의 제 2 부분을 제거하기 위한 제 3 배출 수단을 포함한다. 바람직하게는, 이러한 제 3 배출 수단 및 제 1 배출 수단은 냉각된 고체의 제 1 및 제 2 부분의 양을 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다. 따라서, 예를 들어 제 1 열교환 챔버 내에서 냉각된 고체가 제 2 열교환기 내로 유동하는 것을 방지하고, 필요한 경우에는 고체가 고로로부터 직접 제 2 열교환 챔버로만 유동하게 하는 것이 가능하다. 따라서, 제 2 열교환 챔버 내의 고체의 유입 온도는 가능한 한 높고, 예를 들어, 제 2 열교환 챔버에서는 고온 터빈으로부터 충분히 고온으로 복귀하는 증기를 재가열하는 것이 이루어질 수 있다.
전술된 실시예에 기재된 열교환기와 유사한 열교환기 배열은 또한 상이한 연소 모드로 구동되는 순환 유동층 보일러에 적용 가능하고, 하나의 연소 모드가 직렬로 연결된 2개의 열교환 챔버에 고체의 효과적인 냉각을 요구하며, 다른 연소 모드는 하나의 열교환기에서만 고체의 냉각을 필요로 한다. 후자의 경우, 고체를 제 1 열교환 챔버로부터 직접 고로로 복귀시키고, 제 2 열교환기가 전혀 사용되지 않는 것도 가능하다. 이러한 2개의 연소 모드에서, 제 1 연소 모드는, 예를 들어 산화 가스가 산소가 풍부한 공기이거나, 심지어 순수한 산소인 연소에 상응하고, 후자는 통상의 공기를 이용한 연소에 상응한다.
본 발명에 따른 직렬로 연결된 열교환기의 2개의 열교환 챔버는 CFB 보일러의 고로 벽면에 인접하여 연결되도록 배열될 수 있지만, 특히 본 발명에 유리한 실시예에 따르면, 열교환기의 제 1 열교환 챔버는 제 2 열교환 챔버 위에 배열된다. 이러한 실시예는 특히 여러 개의 효율적이고 비교적 작은, 입자 분리기를 포함하는 대형 CFB 보일러에 유리하고, 이 경우, 두 개의 중첩되고 분리된 열교환 챔버는 이들 아래 잔여 공간에 배열될 수 있다. 2개의 중첩된 열 교환기 챔버에서, 고체의 유동층 내의 유동화 가스의 압력 손실은 상응하는 분리되지 않은 높은 챔버에서보다 작게 남아있다.
본 발명에 따른 열교환기가 초임계 OTU 보일러에 연결되고, 과열을 위해 요구되는 최종 온도가 예를 들어 610℃로 상당히 높을 수 있으며, 재가열을 위해 요구되는 최종 온도는 예를 들어 620℃로 더욱 높을 수 있다. 이러한 경우, CFB 보일러 고로 내의 온도가 예를 들어 850℃ 내지 900℃일 때, 보일러 증기 사이클의 마지막 열교환 표면을 포함하는 열교환기는 원하는 과열 온도를 얻기 위해 매우 효율적인 방식으로 정렬되어야 한다. 본 발명에 따라, 이러한 종류의 열교환기를 효과적으로 수행하는 것이 가능하여, 증기 사이클의 마지막 과열기는 열교환기의 제 1 열교환 챔버 내에 배열되고 보일러 증기 사이클의 마지막 재가열기는 가장 바람직하게는 제 1 열교환 챔버 아래에 배열된 제 2 열교환 챔버에 배열된다.
본 발명에 따라, 고온 고체가 고로로부터 직렬로 연결된 열교환 챔버 중 하나에 직접 공급되면, 보일러의 모든 부하에서 이러한 열교환 챔버 내의 충분한 재가열 온도를 달성할 수 있다. 이는, 대형 관류 산업용 순환 유동층 보일러에서는, 보일러의 더 낮은 섹션 내의 온도가 통상 보일러의 상당한 높이 및 고로 내에 배열된 열교환 표면 때문에 보일러의 상부 섹션의 온도보다 더 높다는 놀라운 발견에서 유래한다. 따라서, 고로의 내부 순환으로부터 직접 공급되어 그 온도가 보일러의 하부 섹션의 온도와 유사한 고체는 고로의 배출 가스로부터 분리된 고체보다 더 고온이며, 그 온도는 보일러의 상부 섹션의 온도에 상응한다. 특히, 정상 모드에서 충분한 재가열 온도에 도달하는 것이 특히 어려울 때, CFB 보일러 고로의 상부 섹션과 하부 섹션 사이의 온도 차이가 낮은 부하에서 확연하다는 것이 발견되었다. 반면, 모든 부하에서 보일러의 효율이 상승해서 원하는 과열 온도에 달성하기 때문에, 충분한 과열 온도에 도달하는 것은 문제가 없다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명될 것이다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기를 구비한 순환 유동층 보일러의 수직 단면 개략도.
도 2는, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 열교환기의 수직 단면 개략도.
도 3은, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 열교환기의 수평 단면 개략도.
도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CFB 보일러를 도시하며, 상기 보일러는 고로(12), 고로의 상부 섹션에 연결된 출구 채널(14), 채널(14)과 연결되어 있는 외부 고온 순환용 입자 분리기를 포함하고, 상기 입자 분리기의 상부는, 고 로(12)의 하부 섹션으로 입자 분리기(16)와 분리된 고체를 복귀시키는 복귀 채널(18)과 연결되고, 상기 입자 분리기의 상부는 보일러, 가스 세척 장치의 백패스로, 또한 스택을 통해 주변으로 세척된 유동 가스를 제거하기 위한 유동 가스 덕트(20)와 결합되어 있다. (마지막으로 언급된 장치는 종래 기술에 공지되어 있으며, 본 발명의 특정 부분이 아니므로 도 1에 도시되지 않음) 예를 들어, CFB 보일러는 자연 순환형 또는 초임계 OTU 보일러일 수 있다. 고로(12)의 하부 섹션은 공급 연료, 불활성 층 재료(inert bed material) 및 가능한 황 결합제를 고로에 공급하기 위한 수단(22)을 구비하고, 고로의 바닥은 산화물 함유 유동화 가스를 공급하기 위한 수단, 즉, 가스 입구 채널(gas inlet channel)(24), 윈드 박스(wind box)(26) 및 노즐(28)을 구비한다.
보일러 작동에서, 적절한 속도로 노즐(28)을 통해 공급되는 공기와 같은 산화물 함유 유동화 가스는 통상 약 850 내지 900℃의 온도로 유동층에서 연료가 연소되도록 하고, 이러한 경우, 유동 가스 및 포함된 고체, 일차적으로 재(ash), 불활성 층 재료 및 불연소 연료는 출구 채널(14)을 통해 보일러의 상부 섹션으로 배출되고, 입자 분리기(16)로 진입한다. 입자 분리기(16)는 연료 가스로부터 고온 고체를 분리하고, 고온 고체는 복귀 채널(18)을 통해 열 교환기(30)로 지나고, 상기 열교환기에 배열된 열교환 표면(32,34)은 고로(12)의 하부 섹션에 복귀되기 전 고체를 냉각시킨다. 대형 CFB 보일러는 통상 여러 개의 평행한 입자 분리기 및 복귀 채널에 연결된 열 교환기를 구비하지만, 명확한 이유를 위해 도 1은 하나의 입자 분리기에만 관계된 장치(arrangement)를 도시한다.
통상, 고로(12)의 벽은 증발면의 역할을 하는 수관 패널로 제조되고, 이러한 수관 패널에서는 보일러 백패스 내에 배열된 절약장치(economizer)(도 1에 도시되지 않은)에서 가열된 보일러 증기 사이클의 고압 공급수가 증기로 변환된다. 증기 온도는 과열기 내에서 더욱 상승하여, 상기 과열기의 마지막 단계는 외부 고온 순환의 열교환기(30) 내에 정상 배열된다. 과열된 증기는 전기를 발전시키기 위한 발전기가 연결된 고압 증기 터빈 내로 통과된다. 고효율 보일러에서, 저압에서 고압 터빈을 떠난 증기는 재가열을 위해 재가열기로 들어간다. 유리하게는, 재가열기의 마지막 단계는 외부 고온 순환의 열교환기(30) 내에 배열될 수 있다. 이에 따라 발생한 고온 증기는 또한 생산된 전기의 질 및 발전기 전체 효율을 높이기 위해 저압 증기 터빈으로 지나간다. 재가열을 이용하는 증기 발생이 본래 알려져 있고, 따라서, 본 명세서에서는 이를 더 상세히 설명할 필요가 없다.
도 1에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 열교환기(30)는 제 1 열교환 챔버(36) 및 제 1 열교환 챔버(36) 아래에 배열된 제 2 열교환 챔버(38)를 포함하고, 각각의 열교환 챔버는 열 교환기 표면(32, 34)을 구비한다. 제 1 및 제 2 열교환 챔버(36, 38)의 바닥은 열교환 챔버 내에 형성된 고체의 층을 유동화시키기 위해 가스 입구 덕트(40, 42), 윈드 박스(44, 46) 및 노즐(48, 50)을 구비한다.
도 1에 도시된 양호한 실시예에 따르면, 분리기(16)로부터 유동하는 고온 고체는 가스 시일(52)을 통해 복귀 채널(18)을 따라 제 1 열교환 챔버(36) 내의 입자의 유동층의 상부로 전달된다. 열교환 챔버의 하부 섹션은 바람직하게는 상승 채널(54)에 연결되고, 상기 상승 채널의 하부 섹션은 고체가 원하는 속도로 열교환 챔버(36)를 통해 유동하도록 하고, 제 2 열교환 챔버의 입구 채널(58) 내로 상승 채널(54)의 상부를 통해 배출되도록 하는 노즐(56)을 구비한다. 열교환 챔버(36)의 상부 섹션은 과유동 채널(60)과 함께 배열되는 것이 바람직하고, 상승 채널(54)을 통해 배출될 고체의 양이 분리기(16)를 통해 열교환 챔버(36)로 진입하는 고체의 양보다 적으면, 과유동 채널을 통해 과도한 고체가 배출된다. 열교환 챔버를 통해 지나는 고체의 양은 상승 채널(54) 및 과유동 채널(60)에 의해 조절되는 것이 바람직하다. 몇몇 경우에, 열교환 챔버를 위해 공지된 다른 배치, 예를 들어 미국 특허 제 5,537,941호에 개시된 배치가 사용될 수 있다.
도 1의 배치(arrangement)에서, 하부 열교환 챔버(38)는, 하부 열교환 챔버에서 열교환 챔버에 진입하는 입자의 유동이 상부 열교환 챔버(36)의 상승 채널(54)의 상부 및 진입 채널(58)을 따라 과유동 채널(60)로부터 하부 열교환 챔버(38) 내의 입자의 유동층의 상부로 통과하는 것을 제외하고 상부 열교환 챔버(36)와 동일하다. 또한, 하부 열교환 챔버(38)의 상승 채널(61)의 상부 및 과유동 채널(62)로부터 배출될 고체는 고로(12)로 전달된다.
도 1에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하부 열교환 챔버(38)의 상부 섹션, 바람직하게는 입구 채널(58)은 고체를 고로(12) 내의 고체의 내부 순환으로부터 직접 열교환 챔버(38) 내로 통과시키기 위한 입구 개구(64)를 포함한다. 입구 개구는 바람직하게는 고로의 하부 섹션 내에 경사면(66) 상에 배열되고, 이러한 경우에 고온 고체는 개구(64)를 통해 열교환 챔버(38)로 유동하고, 또한 보일러(10)의 작은 하중에서는 고로(12) 내의 고체의 유동 속도가 비교적 낮다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상부 열교환 챔버(36)의 열교환 표면(32)은 보일러(10)의 증기 사이클의 최종 과열기이며, 하부 열교환 챔버(38)의 열교환 표면(34)은 증기 사이클의 최종 재가열기이다. 특히 저부하에서, 대형 관류 산업용 순환 유동층 보일러 내에서 고로의 온도가 보일러의 하부 섹션에서 가장 높기 때문에, 이러한 배열은 저부하에서 충분히 높은 재가열 온도를 제공할 수 있다. 열교환 챔버(36, 38)의 열교환 표면(32, 34)은, 다른 열교환 표면일 수 있고, 예를 들어 이들 모두는 과열기 또는 재가열기일 수 있다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 열교환기(68)를 도시한다. 열교환기(68)는 상부 열교환 챔버(70)가 하부 열교환 챔버로 향하는 상승 채널의 측면에 제 2 상승 채널(72)을 구비한다는 점에서만 도 1에 도시된 열교환 챔버(30)와 상이하며, 이러한 제 2 상승 채널은 열교환 챔버(68)로부터 배출 채널(74)을 따라 고로(12)로 직접 배출되는 고체를 통과시킨다. 상승 채널(72)의 하부는 개별 유동화 가스 노즐(76)을 구비하여, 유동화 가스가 도 1에 따른 제 1 노즐(56) 또는 도 2에 따른 제 2 노즐(76) 중 하나를 통해 통과시켜 열교환 챔버(68) 내에서 냉각된 고체를 하부 열교환 챔버(78) 또는 고로(12)로 직접 안내하는 것이 가능하다.
상부 열교환 챔버(70)에서 냉각된 재료는 입자 분리기에 의해 분리된 고체로부터 가능한 한 많은 에너지를 회복하는 것이 바람직할 때 하부 열교환 챔버(78)로 지나는 것이 바람직하다. 이와 대응해서, 상부 열교환 챔버(70)에서 냉각된 재료는 하부 열교환 챔버로 진입하는 고체의 온도가 가능한 한 높을 때 고로(12)로 직접 통과하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 냉각되지 않은 고체만 고로의 내부 순환으로부터 입구 개구(8)를 통해서, 또는 가능하게는 과유동 채널(82)을 통해 외부 고온 순환으로부터 직접 하부 열교환 챔버(78)로 진입한다.
도 3은, 본 발명의 양호한 제 3 실시예에 따른 열교환기(84)의 수평 단면의 개략도이다. 이러한 실시예는 위에 설명된 실시예와 구분되며, 특히 고로(12)의 벽에 평행하게 배열되고 고체의 유동에서 직렬로 연결된 제 1 열교환 챔버(86)와 제 2 열교환 챔버(88)를 포함한다는 점에서 차이가 있다. 순환 유동층 보일러의 외부 고온 순환의 입자 분리기로부터 배출된 고체는 복귀 채널을 따라 제 1 열교환 챔버(86)로 통과하고, 그 하부 섹션으로부터 상승 채널(90)을 통해 고로(12)로 복귀시키는 것이 가능하다. 채널의 하부에 배열된 유동화 가스 노즐(92)을 통해 상승 채널(90) 내로 충분한 유동화 가스가 유입되지 않으면, 열교환 챔버에 진입한 고체 또는 고체의 일부는 챔버(86)의 상부 섹션에 부착된 과유동 채널(94)을 통해 고로(12)에서 멈출 수 있다.
도 3에 도시된 제 1 열교환 챔버(86)의 특징은 그 하부 섹션에 부착된 제 2 상승 채널(96)로서, 상승 채널을 통해 열교환 챔버(86)의 하부 섹션으로부터 제 2 열교환 챔버(88)의 상부 섹션으로 고체를 통과시키는 것이 가능하다. 상승 채널(96)의 하부는 개별 유동화 가스 노즐(98)을 구비하여, 상승 채널(90,96)의 노즐(92,98)을 통해 적당한 부분에서 유동화 가스를 공급함으로써 제 1 열교환 챔버(86) 내에서 냉각된 재료의 적당한 부분을 제 2 열교환 챔버(88)로 통과시키는 것이 가능하다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 열교환 챔버(86, 88)는, 예를 들어 도 1에 도시된 것에 상응하는 입구 수단을 포함하며, 입구 수단을 통해, 고로(12)의 내부 순환으로부터 직접 고온 고체를 공급하는 것이 가능하다.
도 3은 직렬로 연결된 2개의 열교환 챔버(86, 88)를 도시한다. 다른 바람직한 실시예에 따라, 열교환기는 평행하게 배열된 3개의 열교환 챔버를 포함하고, 상기 열교환 챔버 중 최대 2개는 제 1 열교환 챔버의 역할을 하여, 입자 분리기로부터 직접 안내된 고온 고체가 이들 모두로 들어간다. 제 3 챔버는 바람직하게는 2개의 제 1 챔버들 사이에 배열되어, 바람직할 경우에 제 1 챔버들 중 하나 또는 모두로부터 한가운데 챔버로 냉각 고체를 공급할 수 있다.
도 3은, 명확한 도시를 위하여 각각의 형태(90,96) 중 하나의 상승 채널만을 도시하였지만, 구조 및 작동 원인을 위해서는, 상승 채널을 2개 또는 그 이상의 평행한 채널로 분리하는 것이 더 좋다. 따라서, 예를 들어 과유동 채널(94)은 바람직하게는 2개의 평행 상승 채널들 사이에 배열될 수 있다. 일반적으로, 다른 방식으로 연결된 챔버의 개수는 상술한 것보다 더 많을 수 있다. 또한, 챔버부는 도 3에 도시된 바와 같이 평행하게 연결되고, 다른 부분은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 중첩된 방식일 수 있다.
본 발명은 예시적인 배열을 참조하여 전술되었다. 이러한 배열은 본 발명의 범위를 한정하지 않고, 이하의 청구항 및 청구항의 정의에 따라서만 한정된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 순환 유동층 보일러(circulating fluidized bed boiler)(CFB 보일러)용 유동층 열교환기와, 이러한 열교환기를 구비하는 순환 유동층 보일러를 제공하는데 사용된다.

Claims (7)

  1. 순환 유동층 보일러의 고로(furnace)(12)와 연결되어 배열된 제 1 열교환 챔버(36,70,86) 및 제 2 열교환 챔버(38,78,88)와,
    고온 고체를, 상기 순환 유동층 보일러(10)의 외부 순환의 입자 분리기(16)로부터, 고체를 유동화시키기 위한 제 1 수단(40,44,48)을 구비한 상기 제 1 열교환 챔버(36,70,86)로 안내하기 위한 제 1 입구 채널(18)과,
    고체를 유동화시키기 위한 제 2 수단(42,46,50)을 구비한 상기 제 2 열교환 챔버(38,78,88)로 고체를 안내하기 위한 제 2 입구 채널(58,96)과,
    냉각된 고체의 제 1 부분을 상기 제 1 열교환 챔버(36,70,86)로부터 제 2 입구 채널(58,96)로 제거하기 위한 제 1 배출 수단(54,56,98)과,
    상기 제 2 열교환 챔버(38,78,88)로부터 상기 고로(12)로 냉각된 고체를 제거하기 위한 제 2 배출 수단(61)을
    포함하는, 순환 유동층 보일러(10)의 열교환기(30,68,84)로서,
    상기 열교환기는, 고온 고체를 상기 고로(12)의 내부 순환으로부터 상기 제 2 열교환 챔버(38,78,88)로 직접 안내하기 위한 입구 수단(64,80)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러(10)의 열교환기(30).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각된 고체의 제 2 부분을 상기 제 1 열교환 챔버(70,86)로부터 상기 고로(12)로 직접 제거하기 위한 제 3 배출 수 단(72,74,76,90,92)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러(10)의 열교환기(30).
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 배출 수단(54, 56, 98)과 상기 제 3 배출 수단(72, 74, 76, 90, 92)은 상기 냉각된 고체의 제 1 부분과 제 2 부분의 양을 제어하기 위한 제어 수단(56,76,92,98)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러(10)의 열교환기(30).
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 열교환 챔버(36,70)는 상기 제 2 열교환 챔버(38,78) 위에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러(10)의 열교환기(30).
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 열교환 챔버(36,70,86)는 보일러 증기 사이클의 최종 과열기(superheater)를 포함하고, 상기 제 2 열교환 챔버(38,78,88)는 상기 보일러 증기 사이클의 최종 재가열기(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러(10)의 열교환기(30).
  6. 고로(12)와, 외부 고온 순환용 입자 분리기(16)와, 외부 고온 순환의 복귀 채널(18)에 배열된 열교환기(30,68,84)를 포함하는 순환 유동층 보일러(10)로서,
    상기 열교환기(30)는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 열교환 기(30)인 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러(10).
  7. 순환 유동층 보일러(10)로서,
    상기 순환 유동층 보일러는, 초임계 관류 산업용 보일러(supercritical once-through utility boiler)인 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러(10).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101255005B1 (ko) * 2008-11-06 2013-04-17 포스터 휠러 에너지아 오와이 순환 유동층 보일러
KR20160095239A (ko) * 2015-02-02 2016-08-11 현대중공업 주식회사 순환 유동층 보일러
KR20170025509A (ko) * 2015-08-28 2017-03-08 한국전력공사 유동층 보일러를 이용한 발전장치

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9163830B2 (en) 2009-03-31 2015-10-20 Alstom Technology Ltd Sealpot and method for controlling a solids flow rate therethrough
FI123548B (fi) * 2010-02-26 2013-06-28 Foster Wheeler Energia Oy Leijupetireaktorijärjestely
FI123843B (fi) * 2011-02-24 2013-11-15 Foster Wheeler Energia Oy Kiertoleijupetireaktori
CN102840577B (zh) * 2011-06-23 2015-03-25 中国科学院工程热物理研究所 带紧凑式外置双流化床换热器的循环流化床锅炉
CN102840576B (zh) * 2011-06-23 2016-03-02 中国科学院工程热物理研究所 带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉
US9322550B2 (en) * 2012-05-01 2016-04-26 Alstom Technology Ltd Water seal at backpass economizer gas outlet
KR101294005B1 (ko) 2012-08-23 2013-08-07 한국에너지기술연구원 고온수 생산을 위한 연소 배가스 열회수형 유동층 열교환 장치
CN103363517B (zh) * 2013-08-01 2015-10-28 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种700℃及以上蒸汽参数的高床温循环流化床锅炉
CN103363516B (zh) * 2013-08-01 2015-10-28 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种带二次再热的循环流化床锅炉
EP2884162A1 (en) * 2013-12-16 2015-06-17 Doosan Lentjes GmbH Fluidized bed heat exchanger
KR101702219B1 (ko) 2015-06-09 2017-02-03 한국에너지기술연구원 배가스 전단 열교환기와 흡수액 유동층 열교환기를 이용한 배가스 응축열 회수 시스템 및 회수 방법
KR101700436B1 (ko) * 2015-06-29 2017-01-31 한국전력공사 순환유동층 보일러의 열교환장치
KR101715488B1 (ko) 2015-07-28 2017-03-23 한국에너지기술연구원 다중열원 동시 열회수를 위한 응축형 물 유동층 열교환기를 이용한 열회수 시스템 및 열회수방법
KR101733094B1 (ko) 2015-09-23 2017-05-08 현대건설 주식회사 순환 유동층 보일러
KR101705993B1 (ko) 2015-10-29 2017-02-10 한국에너지기술연구원 흡수액 다단 유동층 열교환기를 이용한 최적화 응축열 회수시스템 및 응축열 회수방법
US10429064B2 (en) 2016-03-31 2019-10-01 General Electric Technology Gmbh System, method and apparatus for controlling the flow direction, flow rate and temperature of solids
US10113740B2 (en) 2016-08-12 2018-10-30 Gas Technology Institute Fluidized bed combustion of carbonaceous fuels
US10443836B2 (en) 2016-09-07 2019-10-15 Doosan Lentjes Gmbh Circulating fluidized bed apparatus
CN106838889B (zh) * 2017-02-09 2019-09-27 重庆大学 一种带内循环灰换热器的循环流化床锅炉
KR101950574B1 (ko) 2017-04-18 2019-02-20 한국에너지기술연구원 다중열원 동시 열회수를 위한 다단 물 유동층 열교환기를 이용한 열회수 시스템 및 열회수방법
RU2675644C1 (ru) * 2017-10-18 2018-12-21 Евгений Михайлович Пузырёв Котел с циркулирующим слоем
FI129147B (en) * 2017-12-19 2021-08-13 Valmet Technologies Oy Fluidized bed boiler with gas lock heat exchanger
RU2741186C1 (ru) * 2019-10-02 2021-01-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Способ получения газообразного хладоносителя
KR102349742B1 (ko) 2020-04-06 2022-02-03 첨단엔지니어링 주식회사 고형물체를 사용한 자체청소형 유동층 열교환기

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5275788A (en) * 1988-11-11 1994-01-04 Peter Stoholm Circulating fluidized bed reactor
US5069170A (en) 1990-03-01 1991-12-03 Foster Wheeler Energy Corporation Fluidized bed combustion system and method having an integral recycle heat exchanger with inlet and outlet chambers
SU1781509A1 (ru) 1990-04-19 1992-12-15 Proizv Ob Belgorodskij Z Energ Koteл
US5095854A (en) * 1991-03-14 1992-03-17 Foster Wheeler Development Corporation Fluidized bed reactor and method for operating same utilizing an improved particle removal system
US5239946A (en) 1992-06-08 1993-08-31 Foster Wheeler Energy Corporation Fluidized bed reactor system and method having a heat exchanger
US5474034A (en) * 1993-10-08 1995-12-12 Pyropower Corporation Supercritical steam pressurized circulating fluidized bed boiler
US5537941A (en) * 1994-04-28 1996-07-23 Foster Wheeler Energy Corporation Pressurized fluidized bed combustion system and method with integral recycle heat exchanger
US5526775A (en) 1994-10-12 1996-06-18 Foster Wheeler Energia Oy Circulating fluidized bed reactor and method of operating the same
TW571049B (en) * 2001-11-12 2004-01-11 Ishikawajima Harima Heavy Ind Circulating fluidized bed boiler
FI114115B (fi) 2003-04-15 2004-08-13 Foster Wheeler Energia Oy Menetelmä ja laite lämmön talteenottamiseksi leijupetireaktorissa
US7587996B2 (en) * 2006-06-07 2009-09-15 Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc. Circulation system for sliding pressure steam generator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101255005B1 (ko) * 2008-11-06 2013-04-17 포스터 휠러 에너지아 오와이 순환 유동층 보일러
KR20160095239A (ko) * 2015-02-02 2016-08-11 현대중공업 주식회사 순환 유동층 보일러
KR20170025509A (ko) * 2015-08-28 2017-03-08 한국전력공사 유동층 보일러를 이용한 발전장치

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Publication number Publication date
RU2393386C1 (ru) 2010-06-27
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WO2007128883A2 (en) 2007-11-15
CN101438099B (zh) 2010-12-22
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ZA200808047B (en) 2009-06-24

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