KR20130062727A - 관통형 바이패스관을 갖는 엔진발전용 폐열 회수 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐열 회수 보일러에 관한 것이며, 그 목적은 보일러의 동력원으로 사용되고 남는 잉여의 배기가스를 바이패스 공급하는 배기가스 배관을 보일러에 일체로 구성하여, 배기가스 배관 구조를 단순화하여 전체 보일러 설비의 설치 공간과 설비 비용을 줄일 수 있는 관통형 바이패스관을 갖는 엔진발전용 폐열 회수 보일러를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 엔진에서 발생된 배기가스를 구동 원으로 하는 폐열 회수 보일러에 있어서; 엔진에서 발생된 배기가스를 전달하는 배기가스 송출관과 연결되어, 보일러에서 필요로 하는 배기가스의 용량을 초과한 잉여의 배기가스를 배기가스 배출관으로 바이패스(by-pass)시키는 바이패스관이 열교환실의 내부를 관통하여 설치 구성된 엔진발전용 폐열 회수 보일러에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

관통형 바이패스관을 갖는 엔진발전용 폐열 회수 보일러{Heat recovery steam generator having piercing type bypass pipe}

본 발명은 엔진발전용 배기가스 보일러에 관한 것으로, 특히 보일러의 동력원으로 사용되고 남는 잉여의 배기가스를 바이패스 공급하는 배기가스 배관을 보일러에 일체로 구성하여, 배기가스 배관 구조를 단순화하여 전체 보일러 설비의 설치 공간과 설비 비용을 줄일 수 있는 관통형 바이패스관을 갖는 엔진발전용 폐열 회수 보일러에 관한 것이다.

선박의 추진기관뿐만 아니라 발전설비를 구현함에 있어, 전체적인 에너지를 절약하는 시스템에 대한 많은 연구가 계속되고 있다.

그 중 메인기관의 버려지는 배기가스를 모아 기관의 주 동력으로 활용하거나 다른 소요처의 에너지원으로 사용할 수 있도록 하는 폐열 회수 시스템이 있다.

흔히 DPP라고 불리는 디젤엔진발전설비(Diesel Power Plant)에는 기관으로 공급되는 주 연료인 중유(HFO : Heavy Fuel Oil)의 점도를 낮춰 적정의 유동성을 가질 수 있게 하는 가열장치를 필요로 한다.

흔히 이러한 가열장치로써, 보일러에서 생산된 고온의 증기를 활용하는 경우가 있다.

즉, 이러한 보일러는 상기 폐열 회수 시스템을 적용하여 디젤엔진으로부터 버려지는 배기가스와 물을 열 교환하여 고온의 증기를 생산하도록 구현하고 있다.

도 1은 이러한 종래 디젤엔진발전용 폐열 회수 시스템의 일예를 보이는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 디젤엔진발전용 폐열 회수 시스템은, 연료 가열장치(4)의 구동에 필요한 스팀을 생산하기 위하여, 엔진(2)에서 발생된 배기가스(11)의 폐열을 보일러(3)에 제공하게 된다.

즉, 보일러(3)는 엔진(2)에서 발생된 배기가스와 급수탱크(6)에서 물을 공급받고, 고온의 배기가스와 물은 보일러(3) 내에서 열교환되며 고온의 스팀을 생산하게 된다. 이렇게 생산된 고온의 스팀을 구동 원으로 하는 연료 가열장치(4)는 연료탱크(1)로부터 엔진(2)으로 공급되는 연료를 소정 온도로 가열하여 적정 점도(유동성)를 만족할 수 있게 한다. 그리고 연료 가열장치(4)에서 사용된 저온의 스팀은 응축기(5)를 통하여 응축되어 다시 급수탱크(6)로 공급되는 구조를 이루고 있다.

여기서, 엔진(2)으로부터 발생되는 배기가스는, 엔진의 운전 조건에 따라 그 용량이 편차가 심한 반면, 보일러(3)에서는 항상 일정한 배기가스의 용량을 필요로 하게 된다. 만약, 불필요하게 많은 용량의 배기가스가 보일러(3)로 공급되는 경우에는 보일러(3)내 과부하가 발생하는 등 보일러의 내구성을 떨어뜨리게 된다.

도 2는 폐열 회수 보일러(3)를 중심으로 배기가스의 흐름을 보이는 실제 설비상태를 보이는 개념도이고, 도 3은 폐열 회수 보일러 주변의 배기가스 배관의 구성을 보이는 개념도이다.

결국, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진(20)과 연결된 배기가스 송출관(11) 상에 방향전환밸브(10)를 매개로 배기가스 유입관(12)과 바이패스(by-pass)관(13)을 설치 구성하고 있다.

즉, 엔진(2)에서 발생된 배기가스는 배기가스 송출관(11)을 통하여 전달되고, 이후 방향전환밸브(10)를 지나며 일부는 보일러(3)를 향하는 배기가스 유입관(12)을 따라 보일러(3)의 유입실(31)로 유입되고 복수개의 열교환튜브(33a)를 통하여 열교환실(31)내로 공급된다. 한편, 보일러(3)에서 필요로 하는 배기가스의 용량을 초과한 잉여의 배기가스는 방향전환밸브(10)를 지나 바이패스관(13)을 통하여 보일러(3)를 거치지 않고 바이패스 되고 직접 배기가스 배출관(14)으로 연결되어 배출된다.

하지만, 이러한 종래 엔진발전용 폐열 회수 보일러는 다음과 같은 문제점이 있다.

일반적으로 엔진(2)과 보일러(3)를 연결하는 배기가스 관(11)(12)(13)(14)들은 대형 기관이나 대형 발전의 경우에는 규모가 커 상당한 하중이 발생되는 바, 배관을 지지하는 지지구조물(미 도시)의 설치가 수반되어야 하고, 그리고 방향전환밸브(10)의 작동여부 및 이러한 방향전환밸브(10)의 유지보수를 위하여 작업자의 근접성이 용이하도록 작업구조물(9)이 수반되어야 한다.

결국, 이러한 배기가스 배관 및 이러한 배기가스 배관을 지지하기 위한 지지물 및 유지보수를 위한 작업구조물 등은 폐열 회수 보일러 설비의 설치 공간을 크게 하는 문제점이 있으며, 뿐만 아니라 설치비용을 증대시키는 문제점이 있다.

또한, 큰 공간을 차지하게 되는 폐열 회수 보일러(3)는 배기가스가 진입하여 방향전환밸브(10)를 지나면서 길이가 긴 배기가스 유입관(12)으로 유도되는 동안 유입실(31) 및 열교환실(33)로 진입하는 배기가스의 순환속도가 저하되는 등의 문제로 배기가스의 폐열 손실이 커서 비능률적인 문제점도 있다.

국내특허공보 공개번호 제2010-0067247호(2010.06.21) 국내특허공보 공개번호 제2010-0090388호(2010.08.16) 국내특허공보 공개번호 제2010-0101460호(2010.09.17)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 보일러에서 필요로 하는 배기가스의 용량을 초과하는 잉여 배기가스를 바이패스 시키는 바이패스관을 보일러 설비에 일체로 구성하여, 배기가스관 구조를 전체적으로 단순화하여 전체 보일러 설비의 설치 공간과 설비 비용을 줄일 수 있으며, 고온의 폐열을 가지는 배기가스의 이동 경로를 짧게 형성하여 열 손실을 최소화할 수 있는 관통형 바이패스관을 갖는 폐열 회수 보일러를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명은 엔진에서 발생된 배기가스를 구동 원으로 하는 폐열 회수 보일러에 있어서,

엔진에서 발생된 배기가스를 전달하는 배기가스 송출관과 연결되어, 보일러에서 필요로 하는 배기가스의 용량을 초과한 잉여의 배기가스를 배기가스 배출관으로 바이패스(by-pass)시키는 바이패스관이 열교환실의 내부를 관통하여 설치 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 바이패스관은, 한쪽 단이 상기 배기가스 송출관과 연결되어 열교환실의 열교환튜브를 향해 배기가스를 공급하는 유입실의 중앙부와 연결되고, 다른쪽 단은 상기 배기가스 배출관과 연결되어 열교환실의 열교환튜브를 지난 배기가스가 모이는 유출실의 중앙부를 연결하도록 설치 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 유출실과 연결되는 바이패스관의 출구에는, 바이패스(by-pass)되는 배기가스의 유량을 조정하는 유량조절밸브를 포함하여 구성한 것도 특징으로 한다.

본 발명은 보일러의 구동 원으로 필요로 하지 않는 일부 배기가스를 바이패스 시키는 바이패스관을 보일러의 열교환실을 관통하여 일체로 구성함으로써, 폐열 회수 보일러 시스템의 복잡한 배관 설비로 인한 공간적 제약을 줄일 수 있고, 배관 설비의 비용 및 작업시간을 줄일 수 있으며, 바이패스관 및 유량조절밸브에 대한 유지보수와 관리를 보일러실에서 수행할 수 있어 보일러 작동에 따른 배기가스 배관의 관리가 편리한 이점이 있다.

도 1은 종래 디젤엔진발전용 폐열 회수 시스템의 일예를 보이는 블록도
도 2는 도 1의 폐열 회수 보일러를 중심으로 한 실제 배기가스 배관 설비상태를 보이는 개념도
도 3은 도 2의 부분 확대도
도 4는 본 발명에 의한 디젤엔진발전용 폐열 회수 시스템의 일예를 보이는 블록도
도 5는 도 3의 폐열 회수 보일러를 중심으로 한 실제 배기가스 배관 설비상태를 보이는 개념도
도 6은 도 5의 부분 확대도
도 7은 도 6의 A-A선을 따라 절단한 단면 예시도

위에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 특징과 효과들은 이하 첨부도면을 참조한 본 발명의 실시 예들을 통하여 더욱 명백히 한다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명은 엔진에서 발생된 배기가스를 구동 원으로 하는 폐열 회수 보일러(3)에 있어서; 보일러(3)에서 필요로 하는 배기가스의 용량을 초과한 잉여의 배기가스를 바이패스 시키는 바이패스관(13)을 일체로 하는 폐열 회수 보일러(3)를 제공하고 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 적용되는 폐열 회수 보일러(3)는, 엔진(2)에서 발생된 배기가스가 통과하는 복수개의 열교환튜브(33a)가 내부에 설치 구성되는 열교환실(33)을 포함한다.

또한, 상기 열교환실(33)의 한쪽 단에는 엔진(2)과 연결된 배기가스 송출관(11)과 직접 연결되어, 송출관(11)으로부터 유입된 배기가스를 열교환실(33)에 배치된 복수개의 열교환튜브(33a)를 향해 고르게 분산시키기 위한 유입실(31)이 설치 구성된다.

또한, 상기 열교환실(33)을 사이에 두고 반대쪽 단에는 열 교환된 배기가스를 외부(스택:Stack)로 배출하는 배기가스 배출관(14)과 직접 연결되어, 열교환실(33)의 복수개의 열교환튜브(33a)를 통과한 배기가스가 모이는 유출실(32)이 설치 구성된다.

또한, 이러한 열교환실(33)의 한쪽에는 급수탱크(6)와 연결되는 급수관(36)과, 배기가스와 열 교환됨으로서 생산된 고온의 스팀을 배출되는 스팀 배출관(37)을 포함하여 구성하게 된다.

한편, 본 발명에 의한 바이패스관(35)을 일체로 하는 폐열 회수 보일러(3)는 도시된 폐열 회수 보일러의 일실시 예에 한정되지 않고, 엔진에서 발생된 배기가스를 구동 원으로 하는 어떠한 형태의 폐열 회수 보일러에도 그 적용이 가능하다.

여기서 본 발명의 주 특징부인 바이패스관(35)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이 보일러(3) 설비의 외관을 회유하도록 설치 구성되는 것이 아니라, 열교환튜브(33a)가 설치되는 열교환실(33)의 내부를 관통하여 설치되는 것에 주된 차이점이 있다.

즉, 도 6 및 도 7을 참조하면, 실시 예에 의한 관통형 바이패스관(35)은, 열교환실(33)의 중앙을 관통하여 한쪽 단은 유입실(31)에 다른쪽 단은 유출실(32)의 중앙부를 각각 연장시킨 바이패스 유로를 형성하고 있다.

계속해서, 종래와 같이, 보일러(3)에 필요로 하는 배기가스의 적정 용량만을 열교환실(33)로 공급하고 나머지 잉여의 배기가스를 바이패스 시키기 위한 유량조절수단으로써 바이패스관(35)의 출구 즉, 유출실(32)의 입구에 유량조절밸브(20)를 포함하여 구성하고 있다.

상기 유량조절밸브(20)는, 어떠한 형태의 밸브 수단이 적용되더라도 무관하나, 본 발명에 의한 바이패스관(35)의 출구가 유출실(32)의 중앙부와 연결되는 바, 나사 결합부의 회전정도에 따라 선단의 디크스(21)가 바이패스관(35)의 출구와 이격되는 정도에 따라 유량이 결정되는 스크류(Screw) 타입의 밸브가 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 이러한 관통형 바이패스관(35)의 설치로 인하여 열교환실(33)의 중앙부에 설치되는 열교환튜브(33a)의 일부가 배제되어야 하고, 이로 인하여 동일한 사양의 열교환실(33)에 대해서는 열교환튜브(33a)의 일부 배제로 인한 열 교환 효율에서 낮아지는 결과를 초래할 수 있으나, 규모가 큰 대형 보일러(3) 설비의 전체 설치공간과 배관설비의 유지보수의 편의의 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 이에 대한 고려를 하지 않는다.

이와 같은 구성의 폐열 회수 보일러(3)는 열교환실(33)을 관통하여 바이패스관(35)을 일체로 설치 구성하기 때문에, 보일러(3)의 제작 즉, 열교환실(33)의 제작 및 설치와 동시에 바이패스관(35)의 배관설비를 함께 시공할 수 있으며, 바이패스관(35)의 제작 및 설치 시간도 줄일 수 있으며, 또한 도 2에 도시된 바와 같이, 보일러(3)의 외벽 구조물에 바이패스관을 일체로 구성하는 경우, 바이패스관을 지지하기 위한 별도의 배관 지지구조물을 추가로 구성할 필요가 없고, 유지보수를 위하여 바이패스관이나 방향전환밸브를 향해 작업자가 근접 이동할 수 있게 작업구조물을 추가로 설비할 필요가 없다.

또한, 본 발명에 의한 폐열 회수 보일러(3)는, 유량조절밸브(20)를 통과하여 공급되는 적정의 배기가스를 통하여 구동되고, 불필요한 배기가스의 용량은 유량조절밸브(20)를 통하여 바이패스관(35)을 거처 그대로 바이패스 되기 때문에 종래와 마찬가지 안정적인 구동을 만족할 수 있게 되며, 더불어, 보일러(3)의 구동조건에 맞추어 유량조절밸브(20)의 배기가스 유량을 단속하여야 하는 바, 본 발명과 같이 보일러(3) 자체에 유량조절밸브(20)가 일체로 구성되기 때문에, 보일러(3)를 향해 공급되는 배기가스의 용량 단속을 작업자가 용이하게 수행할 수 있는 이점이 있다.

또한, 무엇보다 본 발명에 의한 폐열 회수 보일러(3)는, 바이패스관(35)으로 인한 종래 복잡한 배관 설비를 대폭적으로 줄일 수 있어, 폐열 회수 보일러(3)의 전체 설치공간을 매우 절약할 수 있는 이점이 있다.

또한, 종래 배기가스 송출관(11)에서 보일러(3)를 향하는 배기가스 유입관(12)과 바이패스관(13)으로 분기되는 각각의 유량을 조절하는 방향전환밸브(10)의 구성에 비하여, 본 발명에 의한 유량조절밸브(20)는 바이패스관(35)의 출구를 지나는 배기가스의 유량만을 단속하는 것에 의하여 보일러(3)의 열교환실(33)로 유입되는 배기가스의 유량도 단속하게 되는 바, 유량조절밸브(20)의 간단한 구성으로 인한 설치가 용이하고, 그 제작비를 절감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 종래 배기가스 송출관(11)상에 설치되었던 방향전환밸브(10)와 배기가스 유입관(12)의 구성을 완전히 배제할 수 있기 때문에, 최소한 설치 공간에서 배기가스 송출관(11)의 배관설비를 구현할 수 있어, 엔진(2)으로부터 보일러(3)로 이동하는 배기가스의 이동경로를 최단거리로 유지할 수 있으며, 이로 인한 배기가스의 이동속도의 저하를 막아 최종 보일러(3)의 열교환실(33)로 유입되는 배기가스의 열 손실을 최소한으로 줄일 수 있는 이점도 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(2) : 엔진
(3) : (폐열 회수) 보일러
(11) : 배기가스 송출관
(14) : 배기가스 배출관
(31) : 유입실
(32) : 유출실
(33) : 열교환실
(33a) : 열교환튜브
(35) : 바이패스관
(20) : 유량조절밸브

Claims (3)

1. 엔진에서 발생된 배기가스를 구동 원으로 하는 폐열 회수 보일러에 있어서,
   엔진에서 발생된 배기가스를 전달하는 배기가스 송출관(11)과 연결되어, 보일러에서 필요로 하는 배기가스의 용량을 초과한 잉여의 배기가스를 배기가스 배출관(14)으로 바이패스(by-pass)시키는 바이패스관(35)이 열교환실(33)의 내부를 관통하여 설치 구성된 것을 특징으로 하는 관통형 바이패스관을 갖는 엔진발전용 폐열 회수 보일러.
2. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스관(35)은, 한쪽 단이 상기 배기가스 송출관(11)과 연결되어 열교환실(33)의 열교환튜브(33a)를 향해 배기가스를 공급하는 유입실(31)의 중앙부와 연결되고, 다른쪽 단은 상기 배기가스 배출관(14)과 연결되어 열교환실(33)의 열교환튜브(33a)를 지난 배기가스가 모이는 유출실(32)의 중앙부를 연결하도록 설치 구성된 것을 특징으로 하는 관통형 바이패스관을 갖는 엔진발전용 폐열 회수 보일러.
3. 제2항에 있어서,
   상기 유출실(32)과 연결되는 바이패스관(35)의 출구에는, 바이패스(by-pass)되는 배기가스의 유량을 조정하는 유량조절밸브(20)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 관통형 바이패스관을 갖는 엔진발전용 폐열 회수 보일러.

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