KR20090019377A - 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐 및 그의 설치방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐 및 그의 설치방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석탄과 같은 고체연료(폐기물, 폐목재)를 유동층 보일러에서 연소하는 것으로, 유동층 연소로에 유동화물질과 연료를 충전하고, 상기 유동층 연소로 바닥 수평면에 유입되는 유동화공기가 골고루 분포되어 공급되게 하는 공기분배노즐에 관한 것으로, 공기분배노즐은 유동층 보일러에서 유동화 및 연소용 공기를 유동층 연소로 바닥면에서 분배하는 것으로 유동층 연소로에서 매우 중요한 역할을 하는데, 본 발명의 공기분배노즐은 유동층 연소로 바닥의 고른 공기분배는 물론 공기상자로의 유동화물질(모래와 연료) 유입방지 및 공기분배노즐이 유동화물질로 메워지는 것이 방지할 수 있는 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐 및 그의 설치방법에 관한 것이다.

공기분배, 노즐, 유동층 연소로, 유동화

Description

유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐 및 그의 설치방법{The Air Distribution Nozzle for Fluidizing of Fluidized Bed Boiler And its assembling method}

본 발명은 유동층 연소로에서 화석연료 및 고체연료를 연소하기 위한 유동층 연소로 하부에 설치된 공기분배노즐 및 그의 설치방법에 관한 것으로 연소장치에 속하는 기술분야이다.

유동층 보일러에서 공기분배노즐의 설치목적은 공기의 고른 분배와 층물질이 공기상자로 유입되는 것을 방지하기 위한 것으로 층물질의 유동화 및 연료를 연소하기 위한 연소공기의 고른 분배는 보일러 효율을 증대하고 연료를 연소효율을 상승시키는데 매우 중요한 역할을 한다.

종래의 유동층 보일러에서 사용된 공기분배노즐은 연소로에서 연소로 하부의 공기상자에 층물질이 유입되지 않도록 피그-테일형으로 하거나, 노즐의 캡에 작은 구멍을 원둘레방향으로 여러개 뚫거나, S자형 모양을 가지거나, 노즐캡에 하단방향으로 향하는 구멍을 뚫거나 하는 방식으로 사용되었다. 이런 종래 방식의 공기분배노즐은 복잡한 형상으로 제작이 용이하지 않고, 하단방향으로 향하는 공기구멍 때 문에 분배노즐이 일정간격으로 배치된 지지플레이트의 표면에 마모를 발생하였으며, 층물질이 공기상자로 유입되지 않도록 층물질 입자크기보다 작은 구멍을 뚫어 공기의 분사속도가 매우 높게 형성되어 마모를 증가시켰다. 또 분배노즐에 뚫린 작은 구멍은 층물질이 끼어 눈메움 현상을 유발하여 구부적으로 유동화를 방해하는 경우가 빈번하게 발생시키는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래에 공기분배노즐이 지니고 있는 단점인 복잡한 형상으로 제작 및 설치가 어려운 점과, 공기분배노즐의 공기 배출구가 하단방향으로 향하게 하여 공기의 분사속도가 너무 높아 노즐설치 플레이트가 마모된 점 및 공기 배출구의 작은 크기로 인하여 층물질이 구멍에 끼는 눈메움 현상으로 공기분배가 잘 이루어지지 않은 점을 완전히 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 유동층 공기분배노즐은 공기 노즐의 외경보다 공기노즐 캡의 내경을 상대적으로 크게 한 후 씌워 공기 노즐과 공기노즐 캡을 용접하고, 상기 공기노즐 캡에 공기 배출구를 공기 노즐 내경의 1/2 크기로 하여 다수개의 구멍을 수평방향으로 뚫도록 한다. 이로 인해 제작이 매우 용이하고, 공기 배출구를 크게 하여 층물질의 눈메움 현상을 방지될 뿐만 아니라, 공기 노즐 선단과 공기 배출구와의 높이를 공기 배출구 크기의 2배로 하여 층물질이 노즐을 따라 공기상자로 유입되지 않도록 하며, 공기 배출구를 수평방향으로 뚫어 분사된 공기가 노즐설치플레이트에 도출된 공기가 직접 부딪히지 않도록 함으로서 마모를 방지할 수 있는 등 종래의 단점을 완전히 해결할 수 있는 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐 및 그의 설치방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서,

유동층 보일러에 있어서, 유동층 연소로 내부의 하단측에 위치되어 공기 공급구로부터 유입된 유동화공기를 상기 유동층 연소로로 유동시키는 공기 분배판 상면에 일정간격을 이루며 다수개가 설치되되, 상기 유동화공기를 유동층 연소로 내부로 공급하기 위한 공기 노즐과; 상기 공기 노즐의 외부에 결합되며, 외주면에 다수개의 공기 배출구를 일정간격으로 이격시키며 천공하는 공기노즐 캡; 으로 이루어지며, 상기 공기 노즐의 일단과 공기노즐 캡의 공기 배출구간의 거리(D2)를 공기 노즐 직경 크기(D1)의 2배로 형성하여 층물질이 공기가 모여지는 상기 공기 분배판 하부의 공기상자로 역류하는 것을 방지하고, 상기 공기 배출구의 천공크기(D3)를 층물질의 입자크기보다 상대적으로 크게 형성하여 층물질이 공기 배출구에 끼어 공기가 고르게 분배되는 것을 방해하는 것을 방지할 수 있도록 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐을 구성하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 공기 노즐의 외경보다 공기 노즐 캡의 내경을 상대적으로 크게 제작한 후, 공기노즐과 공기노즐 캡을 용접하고, 상기 공기노즐 캡에 공기 배출구를 공기 노즐 내경의 절반 크기로 하여 공기노즐 캡의 원둘레를 따라 공기 분배판과 상호간 수평을 이루도록 다수개 천공하며, 공기 분배판에 공기분배노즐을 나사접합으로 끼우고 공기분배노즐의 이탈을 방지할 수 있도록 가용접을 하여 연소로를 보수할 경우 공기분배노즐을 쉽게 분리할 수 있도록 하 여 제작, 설치 및 분리가 용이한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 공기 배출구를 유동하는 층물질 입자크기보다 공기 배출구 천공크기를 상대적으로 크게 하여 층물질의 눈메움 현상을 방지하고, 공기 노즐 선단과 공기 배출구와의 거리를 공기 노즐 직경의 2배로 하여 층물질이 공기 노즐을 따라 공기상자로 유입되지 않도록 하며, 종래의 공기분배노즐의 공기 배출구가 하단방향으로 향하고 있는 것과는 반대로 공기 배출구를 공기 분배판과 상호간 수평을 이루도록 천공하여 분사된 공기가 공기 분배판에 직접 분사되지 않도록 함으로서 마모를 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예컨대, 예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)" 등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 하는 것을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)", 및 "제 3(third)"과 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

본 발명에 따른 일실시예는 유동층 보일러에 있어서, 유동층 연소로 내부의 하단측에 위치되어 공기 공급구로부터 유입된 유동화공기를 상기 유동층 연소로로 유동시키는 공기 분배판 상면에 일정간격을 이루며 다수개가 설치되되, 상기 유동화공기를 유동층 연소로 내부로 공급하기 위한 공기 노즐과; 상기 공기 노즐의 외부에 결합되며, 외주면에 다수개의 공기 배출구를 일정간격으로 이격시키며 천공하는 공기노즐 캡; 으로 이루어지며, 상기 공기 노즐의 일단과 공기노즐 캡의 공기 배출구간의 거리(D2)를 공기 노즐 직경 크기(D1)의 2배로 형성하여 층물질이 공기가 모여지는 상기 공기 분배판 하부의 공기상자로 역류하는 것을 방지하고, 상기 공기 배출구의 천공크기(D3)를 층물질의 입자크기보다 상대적으로 크게 형성하여 층물질이 공기 배출구에 끼어 공기가 고르게 분배되는 것을 방해하는 것을 방지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 공기노즐 캡은 공기 배출구를 상기 공기 분배판과 상호간 수평을 이루는 방향으로 천공하여 상기 공기 분배판의 마모를 방지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같이 구성된 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐에 있어서, 상기 공기분배노즐은 공기 분배판과 나사결합된 후, 가 용접되어 상기 공기 분배판으로부터 이탈이 방지되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 도 1 또는 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐 및 그의 설치방법을 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐및 그의 설치방법은 공기 분배판(1), 공기 노즐(2), 공기노즐 캡(3), 공기 배출구(4)를 포함한다.

유동층 보일러는 열병합발전 및 화력발전소에서 화석연료(석탄, 폐기물 등)의 연소를 위하여 사용되는 저공해 연소기술이다. 유동층 기술은 연소로에 층물질(모래)을 충전하고 하부에서 공기분배노즐을 통하여 공기를 공급하면 기포가 형성되면서 층물질이 유동한다. 유동하는 층물질에 연료를 공급하면 연소하게 된다. 본 발명의 공기분배노즐은 층물질의 유동화용 공기를 사각형태의 유동층 연소로 하부에서 어느 한쪽으로 치우치지 않고 고르게 분배하여 공급하는 역할을 하게 된다.

본 발명의 공기분배노즐은 유동층 보일러의 유동층 연소로(11) 바닥에서 연소용 공기를 고르게 분배하는 역할을 하는 것으로 보일러의 크기에 따라 적당한 단면적을 갖는 유동층 연소로(11) 바닥에 일정간격으로 이격되는 다수개의 공기분배노즐(17)이 설치된다.

상기 공기 노즐(2)의 직경(D1)이 크기 때문에 유동층 연소로(11)의 층물질이 공기상자(12)로 역류하는 것을 방지하기 위하여 상기 공기 노즐(2) 외주면에 공기노즐 캡(3)을 씌어 결합한다. 공기노즐 캡(3)의 원둘레방향, 즉 외주면에는 4개의 공기 배출구(4)를 천공하여 공기가 공기노즐 캡(3)의 원둘레 방향으로 배출되게 한다.

본 발명에 따른 공기분배노즐은 유동층 연소로(11) 저면측에 고른 공기분배 역할을 하고, 상기 공기노즐 캡(3)은 층물질이 공기상자(12)로 유입되는 것을 방지하고, 상기 공기노즐 캡(3) 외주면에 형성된 다수개의 공기 배출구(4)는 기포를 형성하는 역할을 하며, 상기 공기 배출구(4) 천공크기(D3)가 층물질 입자크기보다 상대적으로 크게 형성하여 층물질이 끼어 눈메움 현상이 발생하는 것을 방지하고, 상기 공기 노즐(2)의 일단에서 공기노즐 캡(3)에 천공된 공기 배출구(4)까지의 거리(D2)를 공기 노즐(2) 직경(D1)의 두배를 유지하도록 함으로써 유동층 연소로(11)에 층물질이 공기상자(12)로 역류하는 것을 방지하도록 공정구성이 이루어졌다.

도 1 는 본 발명의 공기분배 노즐이 설치된 유동층연소시스템으로서, 동 도면에서 보는 바와 같이, 공기공급팬(미도시)으로부터 발생된 공기가 공기 공급구(15)로 유입되어 공기상자(12)를 거쳐 공기 분배판(1)에 설치된 공기분배노즐(17)에서 분사되면서 상기 유동층 연소로(11)에 연료 및 층물질 공급구(19)를 통해 충전된 층물질을 유동시키고 연료를 연소한 후의 연소배가스는 연소배가스 배출구(18)를 지나 배출되고, 연소된 후 회재는 회재배출구(10)를 통해 배출되는 공정으로 이루어진다. 상기 공기상자(12)에 유입된 공기는 공기분배노즐(17)의 총 단면적이 유동층 연소로(11) 바닥의 단면적에 비하여 아주 작기 때문에 압력강하(pressure drop)가 발생하므로, 상기 공기분배노즐(17)에서 배출되는 공기는 매우 높은 속도로 유동층 연소로(11)에 유입된다. 상기 유동층 연소로(11)에 유입된 공기는 층물질의 유동화와 함께 연료를 연소하기 되며, 연료의 연소로 인하여 발생된 연소배가스는 작은 입자의 층물질과 함께 유동층 연소로(11) 상부로 상승하여 사이클론(13)에서 미립자인 층물질을 포집하고, 연소배가스는 연소배가스 배출구(18)를 지나 후단에 설치되는 배가스 처리시스템(미도시)을 거쳐 대기로 방출되는 공정을 구성하고 있다.

즉, 유동층 연소로(11) 내부 저면측에는 다수개의 공기분배노즐(17)을 형성하고 있는 공기 분배판(1)이 위치되고, 상기 유동층 연소로(11) 내부와 연통결합되어 공기 공급구(15), 회재 배출구(20), 연료 및 층물질 공급구(19) 등이 형성되되, 상기 공기 공급구(15)는 공기 분배판(1) 저면측에, 유동층 연소로(11)는 공기 분배판(1)보다 상부에 형성되도록 한다. 또한, 유동층 연소로(11)는 유동층 연소로(11) 내의 유동화 공기가 연소배가스 배출구(18)를 지나 사이클론(13)과 루푸실(14)을 순차적으로 거치도록 순환시스템 공정을 더 구비하는 것이다.

도 2 는 본 발명의 유동화용 공기분배 노즐의 개념도로서, 동 도면에서 보는 바와 같이, 유동층 보일러에서 유동화 공기가 유동층 연소로(11)의 바닥면과 공기상자(12)를 구분하는 공기 분배판(1)에 설치된 공기분배노즐(2)을 통해 연소실(11)로 공급된다. 공기상자(12)에서 공기 노즐(2)을 따라 유동하던 공기는 공기노즐 캡(3)에 의하여 아랫방향(공기 분배판(1)을 향하는 측)으로 흐르다가 다시 상기 공기 배출구(4)를 통해 공기 분배판(1)과 수평방향으로 연소실에 공급되면서 공기가 배출되는 높은 속도에 의하여 기포를 발생시켜 층물질을 유동화시키고, 연료를 연소시키는 역할을 함으로서 본 발명을 달성하게 된다.

더불어, 본 발명에 다른 공기분배노즐(17)은 공기분배판(1)과 나사접합부(5)를 통해 나사결합되어 착탈이 용이하도록 하되, 고정시킬 경우, 가 용접부(6)의 용접을 통해 상기 공기분배노즐(17)이 공기분배판(1)에 고정되도록 한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1 는 본 발명의 공기분배 노즐이 설치된 유동층연소시스템.

도 2 는 본 발명의 유동화용 공기분배 노즐의 개념도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 공기 분배판 2: 공기 노즐

3: 공기노즐 캡 4: 공기 배출구

5: 나사 접합부 6: 가 용접부

11: 유동층 연소로 12: 공기상자

13: 사이클론 14: 루푸실

15: 공기 공급구 17: 공기분배노즐

18: 연료배가스 배출구 19: 연료 및 층물질 공급구

20: 회재 배출구

Claims (3)

1. 유동층 보일러에 있어서,

   유동층 연소로(11) 내부의 하단측에 위치되어 공기 공급구(15)로부터 유입된 공기를 상기 유동층 연소로(11)로 유동시키는 공기 분배판(1) 상면에 일정간격을 이루며 다수개가 설치되되, 상기 공기를 유동층 연소로(11) 내부로 공급하기 위한 공기 노즐(2)과; 상기 공기 노즐(2)의 외부에 결합되며, 외주면에 다수개의 공기 배출구(4)를 일정간격으로 이격시키며 천공하는 공기노즐 캡(3); 으로 이루어지며,

   상기 공기 노즐(2)의 일단과 공기노즐 캡(3)의 공기 배출구(4)간의 거리(D2)를 공기 노즐(2) 직경 크기(D1)의 2배로 형성하여 층물질이 공기가 모여지는 상기 공기 분배판(1) 하부의 공기상자(12)로 역류하는 것을 방지하고, 상기 공기 배출구(4)의 천공크기(D3)를 층물질의 입자크기보다 상대적으로 크게 형성함으로써 층물질이 공기 배출구(4)에 끼어 공기의 고른 분배가 방해됨을 방지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 공기노즐 캡(3)은 공기 배출구(4)를 상기 공기 분배판(1)과 상호간 수평을 이루는 방향으로 천공하여 상기 공기 분배판(1)의 마모를 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐.
3. 제 1항에서 형성된 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐에 있어서,

   상기 공기분배노즐은 공기 분배판(1)과 나사결합된 후, 가 용접되어 상기 공기 분배판(1)으로부터 이탈이 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 유동화용 공기분배노즐의 설치방법.

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