KR20130046868A - 분산판 개도 조절 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

분산판 개도 조절 장치 및 방법이 제공된다. 유동층 반응기의 분산판 개도 조절 장치는, 복수개의 오리피스가 형성된 분산판, 상기 오리피스가 형성된 방향을 따라서 상기 분산판의 하부에 위치하는 복수개의 축, 상기 축 상에서 상기 각 오리피스의 위치에 상응하도록 배치되는 개도 조절 부재, 상기 분산판의 하부와 상기 분산판의 상부 간 압력 차이를 산출하는 제 1 차압계, 상기 분산판의 하부와 상기 유동층 반응기 간의 압력 차이를 산출하는 제 2 차압계 및 상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여, 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 회전시켜 상기 오리피스에 대한 개도(開度)를 증감시키는 개도 제어부를 포함한다.

Description

분산판 개도 조절 장치 및 방법{OPENNING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR DISTRIBUTOR}
본 발명은 분산판 개도 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
유동층 반응기에서 분산판(distributor)은 기체를 유동층 반응기 내로 고르게 분사시킴과 동시에, 기포의 크기와 발생 빈도에 큰 영향을 미쳐 안정된 유동화 상태를 이룰 수 있도록 한다.
또한, 분산판은 층내 물질의 하중을 지지하는 등 유동층 성능에 결정적 역할을 하는 등, 유동층 반응기에 있어 매우 중요한 부분이다.
따라서, 분산판은 국부적인 비유동화 없이 균일하고 안정된 유동화를 조성할 수 있어야 하고, 오리피스가 장시간 막힘 없이 작동될 수 있어야 하며, 분산판 부근에서 입자들이 서로 응집하거나 국부 과열이 발생하지 않도록 정체 영역 없이 설계되어야 한다.
이러한 성능을 달성하기 위해서, 분산판은 적절한 분산판 압력 강하를 가져야 한다.
만일 분산판의 압력 강하가 너무 작으면, 국적인 비유동화나 가열 현상이 발생되며, 반대로 분산판의 압력 강하가 과도할 경우 동력비가 상승하게 된다.
종래의 유동층 분산판의 경우, 설계 시에 분산판 개도가 결정되어 있어, 유속 변화에 따라 압력 강하 값이 바뀔 수 밖에 없는 실정이다.
따라서, 이로 인해 상대적으로 유속이 낮은 기동 초기 및 정지 시에 분체의 응결이 발생하여 반응기 운전에 불안정을 초래하고, 높은 유속 상태인 정상 운전 시에는 높은 압력 강하로 인해 보조 동력의 추가적이 소모가 발생하는 문제가 있었다.
이에, 한국등록특허 제10-0873574호(유동층 반응기)에서는 유동층 반응기의 분산판을 냉각하여 유동 가스가 분산판의 통기공을 막는 현상을 방지하는 기술을 제시하였다.
그러나 이 기술은, 오리피스(분산판의 통기공)가 장시간 막힘 없이 작동될 수 있도록 하는데 그칠 뿐, 상기한 종래의 문제점은 여전히 해소하지 못하고 있다.
한국등록특허 제10-0873574호, ‘유동층 반응기’
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 유동층 반응기에서 미리 정해진 최적은 분산판 압력 강하비 값에 맞춰 분산판의 개도를 조절할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 유동층 반응기의 분산판 개도 조절 장치는, 복수개의 오리피스가 형성된 분산판, 상기 오리피스가 형성된 방향을 따라서 상기 분산판의 하부에 위치하는 복수개의 축, 상기 축 상에서 상기 각 오리피스의 위치에 상응하도록 배치되는 개도 조절 부재, 상기 분산판의 하부와 상기 분산판의 상부 간 압력 차이를 산출하는 제 1 차압계, 상기 분산판의 하부와 상기 유동층 반응기 간의 압력 차이를 산출하는 제 2 차압계 및 상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여, 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 회전시켜 상기 오리피스에 대한 개도(開度)를 증감시키는 개도 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 분산판은 상기 오리피스와 연결된 노즐부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 개도 제어부는 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 회전시켜 상기 오리피스에 대한 개도를 증감시킴으로써, 상기 유동층 반응기의 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 유지하도록 한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 개도 제어부는 상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여 현재의 분산판 압력 강하비를 산출하고, 상기 현재의 분산판 압력 강하비와 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 비교하여 상기 오리피스에 대한 개도의 증감 여부를 판단한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 개도 제어부는 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 큰 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 증가시킨다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 개도 제어부는 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 작은 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 감소시킨다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 개도 조절 부재는 상기 축의 바깥 둘레에 복수개의 핀이 형성되되, 상기 각 핀의 상단에는 홈이 형성되며, 상기 홈은 서로 다른 크기를 가진다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 개도 조절 부재는 상기 축이 측면의 중심을 관통하며, 상기 개도 조절 부재의 바깥 둘레를 따라서 복수개의 홈이 형성되되, 상기 홈은 서로 다른 크기를 가진다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 개도 조절 부재는 상기 축이 측면과 결합하며, 상기 개도 조절 부재의 바깥 둘레를 따라서 복수개의 홀(hole)이 형성되되, 상기 홀은 서로 다른 크기를 가진다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 유동층 반응기의 분산판 개도 조절 장치는, 복수개의 오리피스가 형성된 분산판, 상기 오리피스가 형성된 방향을 따라서 상기 분산판의 하부에 위치하는 복수개의 축, 상기 축 상에서 상기 각 오리피스의 위치에 상응하도록 배치되는 개도 조절 부재, 상기 분산판의 하부와 상기 분산판의 상부 간 압력 차이를 산출하는 제 1 차압계,상기 분산판의 하부와 상기 유동층 반응기 간의 압력 차이를 산출하는 제 2 차압계 및 상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여, 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 상하로 이동시켜 상기 오리피스에 대한 개도(開度)를 증감시키는 개도 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 개도 제어부는 상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여 현재의 분산판 압력 강하비를 산출하고, 상기 현재의 분산판 압력 강하비와 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 비교하여 상기 오리피스에 대한 개도의 증감 여부를 판단한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서, 상기 개도 제어부는 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 큰 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 증가시킨다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서, 상기 개도 제어부는 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 작은 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 감소시킨다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서, 상기 개도 조절 부재는 상단에서 하단으로 갈수록 그 폭이 넓어지는 형상을 가진다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 복수개의 오리피스가 형성된 분산판, 상기 오리피스가 형성된 방향을 따라서 상기 분산판의 하부에 위치하는 복수개의 축, 상기 축 상에서 상기 각 오리피스의 위치에 상응하도록 배치되는 개도 조절 부재, 상기 분산판의 하부와 상기 분산판의 상부 간 압력 차이를 산출하는 제 1 차압계, 상기 분산판의 하부와 상기 유동층 반응기 간의 압력 차이를 산출하는 제 2 차압계 및 상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여, 상기 오리피스에 대한 개도(開度)를 증감시키는 개도 제어부를 포함하는 유동층 반응기의 분산판 개도 조절 방법은 (a) 상기 분산판의 하부와 상기 분산판의 상부 간 압력 차인 제 1 차압을 산출하는 단계, (b) 상기 분산판의 하부와 상기 유동층 반응기 간의 압력 차인 제 2 차압을 산출하는 단계, (c) 상기 제 1 차압과 제 2 차압에 기초하여 현재의 분산판 압력 강하비를 산출하는 단계 및 (d) 상기 현재의 분산판 압력 강하비와 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 비교하여 상기 오리피스에 대한 개도의 증감 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 분산판 개도 조절 방법은 (e) 상기 (d) 단계의 판단 결과에 따라서, 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 회전시켜 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 유지하는 단계를 더 포함하되, 상기 개도 조절 부재는 상기 축이 측면의 중심을 관통하며, 상기 개도 조절 부재의 바깥 둘레를 따라서 복수개의 홈 또는 홀(hole)이 형성되되, 상기 홈 및 홀은 서로 다른 크기를 가진다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 분산판 개도 조절 방법은 (e) 상기 (d) 단계의 판단 결과에 따라서, 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 상하로 이동시켜, 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 유지하는 단계를 더 포함하되, 상기 개도 조절 부재는 상단에서 하단으로 갈수록 그 폭이 넓어지는 형상을 가진다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 (d) 단계는 (d-1) 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 큰 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 증가시키는 것으로 판단하는 단계 및 (d-2) 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 작은 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 감소시키는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 분산판 개도 조절 장치 및 방법의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 유동층 반응기에서 미리 정해진 최적의 분산판 압력 강하비 값에 따라 분산판의 개도를 조절할 수 있다.
또한, 유동층 반응기에서 가져야 할 최적의 압력 강하비 값을 유량 변화와 관계 없이 유지할 수 있다.
또한, 유동층 반응기 내의 고른 기체 분산을 통한 유동 안정화 및 팬과 같은 보조 동력 장치의 소비 전력을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산판 개도 조절 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 개도 조절 부재를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개도 조절 부재를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개도 조절 부재를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분산판 개도 조절 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 개도 조절 부재를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산판 개도 조절 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8은 종래의 300MW급 상용 순화 유동층 보일러의 용량 운전에 따른 분산판 개도, 압력 강화비 및 분산판 압력 강하로 인한 소모 동력 증가량을 나타낸 표이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 300MW급 상용 순화 유동층 보일러의 용량 운전에 따른 분산판 개도, 압력 강화비 및 분산판 압력 강하로 인한 소모 동력 증가량을 나타낸 표이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 운전에 대한 PA Fan 소모 동력 저감량을 나타낸 표이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
참고로, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성 요소를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 ‘포함’한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산판 개도 조절 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 반응기의 분산판 개도 조절 장치(100)는 분산판(110), 노즐부(120), 축(130), 개도 조절 부재(140), 제 1 차압계(150), 제 2 차압계(160) 및 개도 제어부(170)를 포함한다.
각 구성 요소를 설명하면, 분산판(110)은 복수개의 오리피스(111)가 형성되며, 각 오리피스(111)와 연결된 노즐부(120)가 분산판(110)의 상면에 위치한다.
참고로, 분산판(110)에 의해서 유동층 반응기의 내부는 분산판(110) 상부 및 하부로 구분될 수 있으며, 이하에서는 분산판(110)의 하부를 ‘기체 상자’라 칭하도록 한다.
한편, 축(130)은 오리피스(111)가 형성된 방향을 따라서 기체 상자에 위치할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 양단은 기체 상자의 벽면에 의해 지지될 수 있다.
또한, 축(130)은 후술하는 개도 조절 부재(140)와 결합되며, 개도 제어부(170)에 의해 회전될 수 있다.
한편, 개도 조절 부재(140)는 축(130) 상에서 각 오리피스(111)의 위치에 상응하도록 배치될 수 있으며, 축(130)의 회전에 따라서 개도 조절 부재(140)가 회전함으로써 오피리스(111)의 개도가 증감될 수 있다.
개도 조절 부재(140)에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 제 1 차압계(150)는 기체 상자와 분산판(110)의 상부 간 압력 차이를 산출하며, 제 2 차압계(160)는 기체 상자와 유동층 반응기 간의 압력 차이를 산출할 수 있다.
한편, 개도 제어부(170)는 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여, 현재의 분산판 압력 강하비를 산출한다.
이후, 개도 제어부(170)는 현재의 분산판 압력 강하비와 미리 정해진 분산판 압력 강하비(이하, ‘최적의 분산판 압력 강하비’라 칭함)를 비교하여 오리피스(111)에 대한 개도의 증감 여부를 판단한다.
여기서, 현재의 분산판 압력 강하비가 최적의 분산판 압력 강하비 보다 큰 경우, 개도 제어부(170)는 오리피스(111)에 대한 개도를 증가시키는 것으로 판단하여, 개도 조절 부재(140)가 배치된 축(130)을 회전시켜 오리피스(111)에 대한 개도를 증가시킬 수 있다.
또한, 현재의 분산판 압력 강하비가 최적의 분산판 압력 강하비 보다 작은 경우, 개도 제어부(170)는 오리피스(111)에 대한 개도를 감소시키는 것으로 판단하여, 개도 조절 부재(140)가 배치된 축(130)을 회전시켜 오리피스(111)에 대한 개도를 감소시킬 수 있다.
즉, 유동층 반응기 내로 유량이 증가하는 경우, 분산판 압력 강하값이 증가하게 되며, 이때 오리피스(111)에 대한 개도를 증가시킴으로써 압력 강하값을 낮출 수 있다.
반대로, 유동층 반응기 내로 유량이 감소하는 경우, 분산판 압력 강하값이 낮아지게 되며, 이때 오리피스(111)에 대한 개도를 감소시킴으로써 압력 강하값을 증가시킬 수 있다.
참고로, 개도 제어부(170)에서 분산판의 압력 강하비를 산출하는 식은 아래와 같다.
<식 1>
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 분산판(110)에서의 압력 강하,
Figure pat00003
는 분산판(110)의 항력 계수이며,
Figure pat00004
은 오리피스(111)에서의 기체 유속이다.
참고로, 분산판(110)에서의 일반적인 압력 강하는 전체 유동층 내 차압의 0.2~0.4배 정도의 값이 적당한 것으로 알려져 있다.
또한, <식 2>
Figure pat00005
에서
<식 3>
Figure pat00006
로 나타낼 수 있으며,
Figure pat00007
는 유동층 내의 전체 차압,
Figure pat00008
는 층물질의 밀도,
Figure pat00009
는 유동화에 사용되는 기체 밀도,
Figure pat00010
는 최소 유동화 속도에서의 층물질의 공극률,
Figure pat00011
는 최소 유동화 속도에서의 층물질의 높이이다.
또한, 분산판 개도(%)는
<식 4>
Figure pat00012
와 같이, 공탑 속도와 오리피스(111)에서의 속도의 관계를 통해 분산판(110)의 개도를 산출할 수 있다.
실제 유동층 반응기에서의 분산판(110)은 위에서 설명한 기본 설계식을 이용하여 설계되어지는 것이 일반적이다.
따라서, 한번 설계되어 제작된 분산판의 경우, 분산판 전체를 교체하지 않는 한 분산판의 개도는 일정하게 된다.
하지만, 실제 유동층 반응기 운전 조건이 변경되는 경우, 공탑 속도(U0)가 변하게 되어, <식 4>에서와 같이 최적 분산판 개도가 변경될 수 있다.
따라서, 반응기 기동 초기 및 용량 조절 운전시에는 국부적인 비유동화 및 가열 현상으로 층물질의 응집 등으로 인해 운전 장애가 발생하는 경우가 많다.
예를 들어, 초기 동해화력 유동층 보일러 운전시에 기동 초기에 적절한 분산판 압력 강하가 주어지지 않은 경우, 국부적인 비유동화가 초래하여 클링커 발생으로 보일러 운전에 장애를 일으킬 수도 있다.
또한, 이를 방지하기 위해 최소 유속에서도 적절한 압력 강하 값을 가지도록 분산판을 설계하는 경우, <식 1>에서 알 수 있듯이, 분산판 압력 강하는 분산판 오리피스 유속의 제곱에 비례하므로, 정상 유속 운전시 분산판 압력 강하가 너무 커질 수 있고, 과도한 압력 강하는 유동화 공기를 공급하는 팬의 소비 전력을 크게 증가시켜 경제성을 저하시킬 수 있다.
일반적인 상용 순환 유동층 보일러의 경우, 유동화 공기를 공급하는 PA(Primary air) 팬이 전체 생산하는 전력량의 약 2% 정도를 소모하는 것을 감안할 때, 과도한 압력 강하가 보일러 전체 효율을 낮추게 됨은 자명하다 할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 분산판 개도 조절 장치는 유동층 반응기로 공급되는 기체의 유량이 변하더라도 미리 정해진 최적의 분산판 압력 강하비 값에 따라 분산판 개도를 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개도 조절 부재를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 개도 조절 부재(140)는 축(130)의 바깥 둘레에 복수개의 핀(141)이 형성될 수 있다.
여기서 각 핀(141)의 상단에는 홈이 형성되며, 각 홈은 서로 다른 크기를 가짐으로써, 축(130)이 회전될 때 핀(141)의 상단에 형성된 서로 다른 크기의 홈을 통해 오리피스(111)의 개도가 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개도 조절 부재를 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 개도 조절 부재(140)는 축(130)이 개도 조절 부재(140)의 측면 중심을 관통하며, 개도 조절 부재(140)의 바깥 둘레를 따라서 복수개의 홈(142)이 형성될 수 있다.
여기서, 홈(142)은 서로 다른 크기를 가지며, 축(130)이 회전될 때 서로 다른 크기의 홈(142)을 통해 오리피스(111)의 개도가 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개도 조절 부재를 도시한 도면이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개도 조절 부재(140)는 축(130)이 개도 조절 부재(140)의 측면과 결합하며, 도 4에 도시된 바와 같이, 개도 조절 부재(140)의 바깥 둘레를 따라서 복수개의 홀(hole)(143)이 형성될 수 있다.
여기서, 홀(143)은 서로 다른 크기를 가지고 개도 조절 부재(140)를 관통하며, 축(130)이 회전될 때 서로 다른 크기의 홀(143)을 통해 오리피스(111)의 개도가 조절될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분산판 개도 조절 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분산판 개도 조절 장치(200)는 분산판(210), 노즐부(220), 축(230), 개도 조절 부재(240), 제 1 차압계(250), 제 2 차압계(260) 및 개도 제어부(270)를 포함한다.
여기서 분산판(210), 노즐부(220), 제 1 차압계(250) 및 제 2 차압계는(260) 도 1에 도시된 분산판(110), 노즐부(120), 제 1 차압계(150) 및 제 2 차압계는(160)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 개도 조절 부재(240)는 축(230) 상에서 각 오리피스(211)의 위치에 상응하도록 배치되며, 상단에서 하단으로 갈수록 그 폭이 넓어지는 형상을 가질 수 있다.
개도 조절 부재(240)에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 개도 제어부(270)는 제 1 차압계(250)에서 산출된 압력 차이와 제 2 차압계(260)에서 산출된 압력 차이에 기초하여, 현재의 분산판 압력 강하비를 산출한다.
이후, 개도 제어부(170)는 현재의 분산판 압력 강하비와 최적의 분산판 압력 강하비를 비교하여 오리피스(211)에 대한 개도의 증감 여부를 판단한다.
여기서, 현재의 분산판 압력 강하비가 최적의 분산판 압력 강하비 보다 큰 경우, 개도 제어부(270)는 오리피스(211)에 대한 개도를 증가시키는 것으로 판단하여, 개도 조절 부재(240)가 배치된 축(230)을 상하로 이동시켜 오리피스(111)에 대한 개도를 증가시킬 수 있다.
또한, 현재의 분산판 압력 강하비가 최적의 분산판 압력 강하비 보다 작은 경우, 개도 제어부(270)는 오리피스(211)에 대한 개도를 감소시키는 것으로 판단하여, 개도 조절 부재(240)가 배치된 축(230)을 상하로 이동시켜 오리피스(211)에 대한 개도를 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 개도 조절 부재를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 개도 조절 부재(240)는 축(230) 상에서 각 오리피스(211)의 위치에 상응하도록 배치되며, 상단에서 하단으로 갈수록 그 폭이 넓어지는 형상(예를 들어, 원뿔 형상, 테이퍼(taper) 형상 등)을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산판 개도 조절 방법을 도시한 흐름도이다.
설명의 편의 상, 이하, 도 1에 도시된 구성을 참조하여, 도 7의 흐름도를 설명하도록 한다.
먼저, 분산판 개도 조절 장치(100)는 기체 상자와 분산판(110)의 상부 간 압력 차인 제 1 차압을 산출한다(S701).
단계 S701 후, 분산판 개도 조절 장치(100)는 기체 상자와 유동층 반응기 간의 압력 차인 제 2 차압을 산출한다(S702).
단계 S702 후, 분산판 개도 조절 장치(100)는 제 1 차압과 제 2 차압에 기초하여 현재의 분산판 압력 강하비(Pratio)를 산출한다(S703).
단계 S703 후, 분산판 개도 조절 장치(100)는 현재의 분산판 압력 강하비(Pratio)와 최적의 분산판 압력 강하비(Poptimal ratio)를 비교하여, 현재의 분산판 압력 강하비(Pratio)가 크면(S704), 오리피스(111)에 대한 개도를 증가시킨다(S705).
만일, 현재의 분산판 압력 강하비(Pratio)와 최적의 분산판 압력 강하비(Poptimal ratio)를 비교하여, 현재의 분산판 압력 강하비(Pratio)가 작으면(S706), 오리피스(111)에 대한 개도를 감소시킨다(S707).
여기서, 오리피스(111)에 대한 개도를 증가 또는 감소시키는 방법으로는, 전술한 바와 같이, 축(130)을 회전시켜 서로 다른 크기의 홈이나 홀을 가지는 개도 조절 부재(140)를 통해 오리피스(111)의 개도를 증감시킬 수 있고, 축(230)을 상하로 이동시켜 상단에서 하단으로 갈수록 그 폭이 넓어지는 형상을 가지는 개도 조절 부재(240)를 통해 오리피스(211)의 개도를 증감시킬 수도 있다.
도 8은 종래의 300MW급 상용 순화 유동층 보일러의 용량 운전에 따른 분산판 개도, 압력 강화비 및 분산판 압력 강하로 인한 소모 동력 증가량을 나타낸 표이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 300MW급 상용 순화 유동층 보일러의 용량 운전에 따른 분산판 개도, 압력 강화비 및 분산판 압력 강하로 인한 소모 동력 증가량을 나타낸 표이다.
도 8 및 도 9에서는 분산판의 최적 압력 강화비를 통상적인 값인 0.18로 가정하였다.
도 8에서, 용량이 증가하는 경우, 분산판 개도가 일정하여 압력 강하비가 증가하지만, 도 9에서 본 발명의 경우, 분산판 개도가 증가하여 압력 강하비가 일정함을 알 수 있다.
또한, 도 8에서, 용량이 감소하는 경우, 분산판 개도가 일정하여 압력 강하비가 감소하지만, 도 9에서 본 발명의 경우, 분산판 개도가 감소하여 압력 강하비가 일정함을 알 수 있다
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 운전에 대한 PA Fan 소모 동력 저감량을 나타낸 표이다.
정상 운전 시(BMCR 기준) 0.56MW의 소모 전력이 저감되었음을 알 수 있으며, 이는 총 전력 생간량의 약 0.2% 정도에 해당하는 값이다.
즉, 연간 4.9GWh/year의 전력 소모를 줄일 수 있고, 1kWh 당 100원의 전력량 요금을 가정하면 연간 약 5억원의 이익일 발생할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 분산판 개도 조절 장치 및 방법을 이용함으로써, 유동층 반응기에서 가져야 할 최적 분산판 압력 강하비를 유량 변화와 관계 없이 구현함으로써, 유동층 반응기 내의 고른 기체 분산을 통한 유동 안정화 및 팬과 같은 보조 동력 장치의 소비 전력을 최소화 할 수 있다.
참고로, 전술한 내용에서는 본 발명의 분산판 개도 조절 장치(100, 200)가 유동층 반응기에 포함되는 경우를 설명하였지만, 본 발명의 분산판 개도 조절 장치(100, 200)가 유동층 반응기에만 포함되는 것은 아니며, 유동층 보일러 등 다양한 시스템에도 포함될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 분산판 개도 조절 장치
110 : 분산판
111 : 오리피스
120 : 노즐부
130 : 축
140 : 개도 조절 부재
141 : 핀
142 : 홈
143 : 홀(hole)
150 : 제 1 차압계, 160 : 제 2 차압계
170 : 개도 제어부
200 : 본 발명의 다른 실시예에 따른 분산판 개도 조절 장치
210 : 분산판
211 : 오리피스
220 : 노즐부
230 : 축
240 : 개도 조절 부재
250 : 제 1 차압계, 260 : 제 2 차압계
270 : 개도 제어부

Claims (18)

  1. 유동층 반응기의 분산판 개도 조절 장치에 있어서,
    복수개의 오리피스가 형성된 분산판,
    상기 오리피스가 형성된 방향을 따라서 상기 분산판의 하부에 위치하는 복수개의 축,
    상기 축 상에서 상기 각 오리피스의 위치에 상응하도록 배치되는 개도 조절 부재,
    상기 분산판의 하부와 상기 분산판의 상부 간 압력 차이를 산출하는 제 1 차압계,
    상기 분산판의 하부와 상기 유동층 반응기 간의 압력 차이를 산출하는 제 2 차압계 및
    상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여, 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 회전시켜 상기 오리피스에 대한 개도(開度)를 증감시키는 개도 제어부
    를 포함하는, 분산판 개도 조절 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산판은 상기 오리피스와 연결된 노즐부를 포함하는, 분산판 개도 조절 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개도 제어부는 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 회전시켜 상기 오리피스에 대한 개도를 증감시킴으로써, 상기 유동층 반응기의 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 유지하도록 하는, 분산판 개도 조절 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개도 제어부는 상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여 현재의 분산판 압력 강하비를 산출하고, 상기 현재의 분산판 압력 강하비와 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 비교하여 상기 오리피스에 대한 개도의 증감 여부를 판단하는, 분산판 개도 조절 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 개도 제어부는 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 큰 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 증가시키는, 분산판 개도 조절 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 개도 제어부는 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 작은 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 감소시키는, 분산판 개도 조절 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 개도 조절 부재는 상기 축의 바깥 둘레에 복수개의 핀이 형성되되, 상기 각 핀의 상단에는 홈이 형성되며, 상기 홈은 서로 다른 크기를 가지는, 분산판 개도 조절 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 개도 조절 부재는 상기 축이 측면의 중심을 관통하며, 상기 개도 조절 부재의 바깥 둘레를 따라서 복수개의 홈이 형성되되, 상기 홈은 서로 다른 크기를 가지는, 분산판 개도 조절 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 개도 조절 부재는 상기 축이 측면과 결합하며, 상기 개도 조절 부재의 바깥 둘레를 따라서 복수개의 홀(hole)이 형성되되, 상기 홀은 서로 다른 크기를 가지는, 분산판 개도 조절 장치.
  10. 유동층 반응기의 분산판 개도 조절 장치에 있어서,
    복수개의 오리피스가 형성된 분산판,
    상기 오리피스가 형성된 방향을 따라서 상기 분산판의 하부에 위치하는 복수개의 축,
    상기 축 상에서 상기 각 오리피스의 위치에 상응하도록 배치되는 개도 조절 부재,
    상기 분산판의 하부와 상기 분산판의 상부 간 압력 차이를 산출하는 제 1 차압계,
    상기 분산판의 하부와 상기 유동층 반응기 간의 압력 차이를 산출하는 제 2 차압계 및
    상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여, 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 상하로 이동시켜 상기 오리피스에 대한 개도(開度)를 증감시키는 개도 제어부
    를 포함하는, 분산판 개도 조절 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 개도 제어부는 상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여 현재의 분산판 압력 강하비를 산출하고, 상기 현재의 분산판 압력 강하비와 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 비교하여 상기 오리피스에 대한 개도의 증감 여부를 판단하는, 분산판 개도 조절 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 개도 제어부는 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 큰 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 증가시키는, 분산판 개도 조절 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 개도 제어부는 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 작은 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 감소시키는, 분산판 개도 조절 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 개도 조절 부재는 상단에서 하단으로 갈수록 그 폭이 넓어지는 형상을 가지는, 분산판 개도 조절 장치.
  15. 복수개의 오리피스가 형성된 분산판, 상기 오리피스가 형성된 방향을 따라서 상기 분산판의 하부에 위치하는 복수개의 축, 상기 축 상에서 상기 각 오리피스의 위치에 상응하도록 배치되는 개도 조절 부재, 상기 분산판의 하부와 상기 분산판의 상부 간 압력 차이를 산출하는 제 1 차압계, 상기 분산판의 하부와 상기 유동층 반응기 간의 압력 차이를 산출하는 제 2 차압계 및 상기 제 1 차압계에서 산출된 압력 차이와 상기 제 2 차압계에서 산출된 압력 차이에 기초하여, 상기 오리피스에 대한 개도(開度)를 증감시키는 개도 제어부를 포함하는 유동층 반응기의 분산판 개도 조절 방법에 있어서,
    (a) 상기 분산판의 하부와 상기 분산판의 상부 간 압력 차인 제 1 차압을 산출하는 단계,
    (b) 상기 분산판의 하부와 상기 유동층 반응기 간의 압력 차인 제 2 차압을 산출하는 단계,
    (c) 상기 제 1 차압과 제 2 차압에 기초하여 현재의 분산판 압력 강하비를 산출하는 단계 및
    (d) 상기 현재의 분산판 압력 강하비와 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 비교하여 상기 오리피스에 대한 개도의 증감 여부를 판단하는 단계
    를 포함하는, 분산판 개도 조절 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    (e) 상기 (d) 단계의 판단 결과에 따라서, 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 회전시켜 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 유지하는 단계
    를 더 포함하되,
    상기 개도 조절 부재는 상기 축이 측면의 중심을 관통하며, 상기 개도 조절 부재의 바깥 둘레를 따라서 복수개의 홈 또는 홀(hole)이 형성되되, 상기 홈 및 홀은 서로 다른 크기를 가지는, 분산판 개도 조절 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    (e) 상기 (d) 단계의 판단 결과에 따라서, 상기 개도 조절 부재가 배치된 축을 상하로 이동시켜, 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비를 유지하는 단계
    를 더 포함하되,
    상기 개도 조절 부재는 상단에서 하단으로 갈수록 그 폭이 넓어지는 형상을 가지는, 분산판 개도 조절 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    (d-1) 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 큰 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 증가시키는 것으로 판단하는 단계 및
    (d-2) 상기 비교 결과, 상기 현재의 분산판 압력 강하비가 상기 미리 정해진 분산판 압력 강하비 보다 작은 경우, 상기 오리피스에 대한 개도를 감소시키는 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는, 분산판 개도 조절 방법.
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