KR20130021718A

KR20130021718A - 계단형 공기주입기를 갖는 유동층연소장치

Info

Publication number: KR20130021718A
Application number: KR1020110084152A
Authority: KR
Inventors: 선도원; 이창근; 진경태; 조성호; 박재현; 배달희; 류호정; 이승용; 박영철; 문종호; 이동호
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2013-03-06
Also published as: KR101273312B1

Abstract

본 발명은 계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치에 관한 것으로서, 고형화 연료(RDF : Refuse Derived Fuel)와 유동화 공기의 활발한 혼합을 유도하여 보다 안정적이고 효율적으로 연소시키기 위해 계단형 연소로를 제공하고, 다수의 계단 상부에 내려앉는 유동화 물질 및 불연물의 퇴적을 방지하고자 다양한 위치에서 공기를 분사시켜 연소로 내에서 활발한 유동화 공정이 이루어지도록 한 유동층 연소장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 내부에 유동화물질 및 고형화연료를 수용한 후 연소 동작이 이루어지도록 하는 것으로, 내측 벽면으로부터 중앙을 향해 점차적으로 내려가는 다단의 계단형으로 구성되며, 내측 중앙은 후술되는 불연물배출부와 연결되는 배출구를 형성하고, 계단형 구조 내부에는 중공된 공간을 갖는 공기수용부를 형성한 계단형 연소로와; 상기 계단형 연소로 외부에서 가열된 고온의 공기를 생성한 후 상기 계단형 연소로의 내측 공기수용부에 공급하는 공기공급부와; 상기 계단형 연소로의 내부 계단형 구조의 일측 벽면으로부터 관통 연결되는 것으로, 상기 공기수용부의 고온의 공기를 계단형 연소로의 내측 공간으로 배출하는 것이며, 내부가 중공된 파이프 형태를 갖고, 그 단부가 상향되도록 수직 설치되거나 절곡 형성된 공기분배노즐과; 상기 공기분배노즐의 단부에 배치되는 것으로, 육면체 형상으로 이루어지며, 측면 및 하부면에는 다수의 공기배출공이 형성된 공기노즐캡과; 상기 계단형 연소로의 하부에서 배출된 불연물을 일 방향으로 이송 배출시키는 불연물배출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치 {FLUIDIZED BED COMBUSTION APPARATUS WITH STAIR TYPE AIR DISTRIBUTOR}

본 발명은 계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고형화 연료(RDF : Refuse Derived Fuel)와 유동화 공기의 활발한 혼합을 유도하여 보다 안정적이고 효율적으로 연소시키기 위해 계단형 연소로를 제공하고, 다수의 계단 상부에 내려앉는 유동화 물질을 다양한 위치에서 분사시켜 연소로 내에서 활발한 유동화 공정이 이루어지도록 한 유동층 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로 각종 폐기물에서 발생하는 쓰레기 중, 3500Kcal/kg이상의 발열량을 가지도록 가연성의 쓰레기만을 선별하고, 필요에 따라 성형하여 이송을 쉽게 할 수 있게 하고, 장기간 보관할 수 있는 상태로 만든 것을 쓰레기 고형화 연료인 RDF(Refuse Derived Fuel)라 한다.

이러한 쓰레기 고형화 원료를 연소시키는 종래의 연소로는 일본특허 공개번호 1999-293264호, 1997-159130호, 1993-203133호, 일본특허번호 JP 2775588호 JP 2891996호 등에 기재된 바와 같이, 크게 2가지로 구분할 수 있는데, 하나는 내부순환 유동층의 분산판에서 유속을 달리하여 반응기 내부의 유동사 순환을 유도하는 형태 및 순환유동층 반응기 내부에 파티션 플레이트(Partition Plate)를 설치하여 유동사의 순환을 유도하는 형태로 구분할 수 있다.

그러나 상기 내부순환 유동층의 분산판에서 유속을 달리하여 반응기 내부의 유동사 순환을 유도하는 형태의 종래의 연소로는, 반응기 내부가 연소부와 열회수로 분리되어 있지 않고, 오로지 유동층의 유속을 달리하여 유동사의 순환을 유도하기 때문에 유동사에 포함된 쓰레기 고형화 연료가 유동사의 순환을 방해하여 순환율이 낮고, 연소 후의 열 회수율이 떨어져 연소로의 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 상기 순환유동층 반응기 내부에 파티션 플레이트를 설치하여 유동사의 순환을 유도하는 형태의 종래 연소로는, 유동사와 쓰레기 고형화 연료가 함께 순환되면서 불완전 연소한 고형화 연료가 반응기의 열회수부의 전열관 튜브와 직접 접촉되므로 전열관의 부식과 마모를 유발시키는 문제점이 있었다.

일반적으로 유동층 공정에서 공기 분배기는 고체와 기체의 혼합과 마모 등에 많은 영향을 주고, 가스 또는 공기분배기는 평판에 작은 구멍을 뚫어 사용하거나 노즐을 설치하여 사용하게 되므로 대부분 유동물질로 사용하는 고체의 역류, 열에 의한 부식으로 인하여 안정적인 운전상태를 유지할 수 없는 결점이 있었다.

또한, 유동층 공정에서는 고형화 연료와 유동화 공기의 활발한 혼합에 의해 안정적이고 효율적인 연소가 이루어지는 것인데, 기존의 연소로 내에 위치한 공기분배기의 형태에서는 고형화 연료와 유동화 공기의 활발한 혼합과정이 이루어질 수 없었다. 특히 유동층연소로에서 고형연료연소시 고형연료와 함께 혼입되는 불연물의 퇴적을 방지하고 기체 고체간 고른 혼합을 동시에 할 수 있는 공기분배시스템이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고형화 연료(RDF : Refuse Derived Fuel)와 유동화 공기의 활발한 혼합을 유도하여 보다 안정적이고 효율적으로 연소시키기 위해 계단형 연소로를 제공하고, 다수의 계단 상부에 내려앉는 유동화 물질 및 불연물의 퇴적을 방지하고자 다양한 위치에서 공기를 분사시켜 연소로 내에서 활발한 유동화 공정이 이루어지도록 한 유동층 연소장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 내부에 유동화물질 및 고형화연료를 수용한 후 연소 동작이 이루어지도록 하는 것으로, 내측 벽면으로부터 중앙을 향해 점차적으로 내려가는 다단의 계단형으로 구성되며, 내측 중앙은 후술되는 불연물배출부와 연결되는 배출구를 형성하고, 계단형 구조 내부에는 중공된 공간을 갖는 공기수용부를 형성한 계단형 연소로와; 상기 계단형 연소로 외부에서 가열된 고온의 공기를 생성한 후 상기 계단형 연소로의 내측 공기수용부에 공급하는 공기공급부와; 상기 계단형 연소로의 내부 계단형 구조의 일측 벽면으로부터 관통 연결되는 것으로, 상기 공기수용부의 고온의 공기를 계단형 연소로의 내측 공간으로 배출하는 것이며, 내부가 중공된 파이프 형태를 갖고, 그 단부가 상향되도록 수직 설치되거나 절곡 형성된 공기분배노즐과; 상기 공기분배노즐의 단부에 배치되는 것으로, 육면체 형상으로 이루어지며, 측면 및 하부면에는 다수의 공기배출공이 형성된 공기노즐캡과; 상기 계단형 연소로의 하부에서 배출된 불연물을 일 방향으로 이송 배출시키는 불연물배출부;를 포함하는 기술을 강구한다.

본 발명에 따른 계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치에 의하면, 계단형 연소로를 통하여 고형화 연료와 유동화 공기의 활발한 혼합을 유도할 수 있어 보다 안정적이고 효율적인 연소가 이루어질 수 있으며, 각각의 계단 상부면에 형성된 공기분배노즐 및 공기노즐캡에 의해 하측 방향으로만 유동화 공기를 배출시킬 수 있 기에 유동화 물질의 역류를 방지하고 활발한 유동화 공정을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치에 대한 전체 구성 단면도이며,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치에서 공기분배노즐 및 공기노즐캡에 대한 측단면도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치에서 공기분배노즐 및 공기노즐캡에 대한 외부 조립 사시도이며,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치에서 공기분배노즐 및 공기노즐캡에 대한 부분 단면 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 유동층 연소장치는, 계단형 연소로(110)와, 공기공급부(120)와, 공기분배노즐(130)과, 공기노즐캡(140)과, 불연물배출부(150)를 포함하여 구성된다.

상기 계단형 연소로(110)는 내부에 유동화물질 및 고형화연료를 수용한 후 연소 동작이 이루어지도록 하는 것으로, 내측 벽면으로부터 중앙을 향해 점차적으로 내려가는 다단의 계단형으로 구성되며, 내측 중앙은 후술되는 불연물배출부(140)와 연결되는 배출구(111)를 형성한다.

또한, 계단형 구조 내부에는 중공된 공간을 갖는 공기수용부(112)를 형성하는 것으로, 이는 공기공급부(120)를 통해 공급된 고온의 공기를 수용한 후 공기분배노즐(130)을 통해 배출할 수 있도록 한 것이다.

상기 공기공급부(120)는 계단형 연소로(110) 외부에서 가열된 고온의 공기를 생성한 후 상기 계단형 연소로(110)의 내측 공기수용부(112)에 공급하는 것이다.

상기 공기분배노즐(130)은 계단형 연소로(110)의 내부 계단형 구조의 일측 벽면으로부터 관통 연결되는 것으로, 상기 공기수용부(112)의 고온의 공기를 유동화물질 및 고형화연료가 수용된 계단형 연소로(110)의 내측 공간으로 배출하는 것이며, 내부가 중공된 파이프 형태를 갖으며, 그 단부가 상향되도록 수직 설치되거나 절곡 형성된다.

상기에서 공기노즐캡(140)은 상향 설치된 공기분배노즐(130)의 단부에 배치되는 것으로, 육면체 형상으로 이루어지며, 측면 및 하부면에는 다수의 공기배출공(141)이 형성된다.

바람직하게, 상기 공기노즐캡(140)의 일 면은 계단형 연소로(110)의 내벽에 인접되고 계단형 연소로(110)의 내벽에 인접된 일 면을 제외한 나머지 세 개의 측면 및 하부면에는 다수의 공기배출공(141)을 형성하도록 한다.

상기와 같은 구성의 공기분배노즐 및 공기노즐캡은 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같으며, 공기노즐캡(140)에서 세 개의 측면 및 하부면에 형성된 공기배출공(141)은 각종 유동화 물질의 역류를 방지하면서 다 방향으로 유동화 공기를 공급하여 원활한 유동물질의 혼합과 연소동작이 이루어질 수 있도록 하였다.

상기 불연물배출부(150)는 계단형 연소로(110)의 하부에서 배출된 불연물을 냉각시킨 후 일 방향으로 이송 배출시키는 것으로, 계단형 연소로(110)의 배출구(111)와 연결되며 내측에 공간부를 형성한 하우징(151)과, 상기 하우징(151) 내부에서 회전함으로 불연물을 일 방향으로 이송시키는 이송스크류(152)와, 상기 이송스크류(152)와 연결되어 이를 회전시키는 구동모터(153)와, 상기 하우징(151)의 어느 일측에 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각수공급관(154)과, 상기 하우징(151)의 어느 일측에 관통 연결되어 하우징(151) 내에 수용된 냉각수를 배출하는 냉각수배출관(155)을 포함하여 구성되는 것으로, 상기 불연물배출부(150)는 냉각수를 순환시켜 불연물을 냉각시키면서 냉각된 불연물은 일 방향으로 이송 및 배출시키는 것이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치는, 연소로(110) 내에서 고체와 기체의 활발한 혼합 동작이 이루어지도록 한 것으로, 다수의 계단 상부에 내려앉는 유동화 물질을 다양한 위치에서 분사시켜 연소로(110) 내에서 활발한 유동화 공정이 이루어지도록 한 것이다.

또한, 각각의 계단 상부에 형성된 공기분배노즐(130)은 공기노즐캡(140)에 의해 측방향과 하방향으로 유동화 공기를 배출시키는 것으로, 이는 계단 상부에 내려앉는 유동화 물질을 유동화 공기에 의해 분사시킴으로 고체와 기체의 활발한 혼합이 이루어지고, 유동화 물질의 역류를 방지하며, 유동화 물질이 계단 상부면에 고착되지 않도록 한 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.

110 : 계단형 연소로 111 : 배출구
112 : 공기수용부 120 : 공기공급부
130 : 공기분배노즐 140 : 공기노즐캡
141 : 공기배출공 150 : 불연물배출부
151 : 하우징 152 : 이송스크류
153 : 구동모터

Claims

내부에 유동화물질 및 고형화연료를 수용한 후 연소 동작이 이루어지도록 하는 것으로, 내측 벽면으로부터 중앙을 향해 점차적으로 내려가는 다단의 계단형으로 구성되며, 내측 중앙은 후술되는 불연물배출부(140)와 연결되는 배출구(111)를 형성하고, 계단형 구조 내부에는 중공된 공간을 갖는 공기수용부(112)를 형성한 계단형 연소로(110)와;
상기 계단형 연소로(110) 외부에서 가열된 고온의 공기를 생성한 후 상기 계단형 연소로(110)의 내측 공기수용부(112)에 공급하는 공기공급부(120)와;
상기 계단형 연소로(110)의 내부 계단형 구조의 일측 벽면으로부터 관통 연결되는 것으로, 상기 공기수용부(112)의 고온의 공기를 계단형 연소로(110)의 내측 공간으로 배출하는 것이며, 내부가 중공된 파이프 형태를 갖고, 그 단부가 상향되도록 수직 설치되거나 절곡 형성된 공기분배노즐(130)과;
상기 공기분배노즐(130)의 단부에 배치되는 것으로, 육면체 형상으로 이루어지며, 측면 및 하부면에는 다수의 공기배출공(141)이 형성된 공기노즐캡(140)과;
상기 계단형 연소로(110)의 하부에서 배출된 불연물을 일 방향으로 이송 배출시키는 불연물배출부(150);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치.
제 1항에 있어서,
상기 불연물배출부(150)는, 계단형 연소로(110)를 통해 배출된 불연물을 수용하는 것으로 내측에 공간부를 형성한 하우징(151)과; 상기 하우징(151) 내부에서 회전함으로 불연물을 일 방향으로 이송시키는 이송스크류(152)와; 상기 이송스크류(152)와 연결되어 이를 회전시키는 구동모터(153)와; 상기 하우징(151)의 어느 일측에 관통 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각수공급관(154)과; 상기 하우징(151)의 어느 일측에 관통 연결되어 하우징(151) 내에 수용된 냉각수를 배출하는 냉각수배출관(155);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 계단형 연소로를 갖는 유동층 연소장치.