KR20130077657A - 순환유동층 연소장치 및 그 연소방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대류회수부의 배기가스 일부를 다시 대류회수부(convection path)의 전단으로 순환시킴으로써 대류회수부의 온도를 적절하게 조정할 수 있는 순환유동층 연소장치 및 그 연소방법에 관한 것으로, 연료를 저장하는 연료 저장조와; 상기 연료 저장조로부터 투입된 연료의 연소가 이루어지는 연소로와; 상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 포집하기 위한 사이클론과; 상기 사이클론에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 입자 순환부와; 상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 회수하는 과열기 또는 재열기를 포함하는 현열회수부와, 상기 과열기 또는 재열기를 통과한 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 절탄기와, 상기 절탄기의 후측에 위치하는 에어히터를 포함하는 대류회수부와; 상기 에어히터 전단의 배기가스의 일부를 상기 대류회수부 전측으로 순환시키는 배기가스순환부와; 상기 사이클론부에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 집진부와, 상기 집진부를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 연돌을 포함하는 순환유동층 연소장치를 제공한다.

Description

순환유동층 연소장치 및 그 연소방법{A CIRCULATING FLUIDIZED BED COMBUSTION BOILER AND COMBUSTION METHOD THEREOF}
본 발명은 순환유동층 연소장치 및 그 연소방법에 관한 것으로, 대류회수부의 배기가스 일부를 다시 대류회수부(convection pass)의 전단으로 순환시킴으로써 대류회수부의 온도를 적절하게 조정할 수 있는 순환유동층 연소장치 및 그 연소방법에 관한 것이다.
일반적으로, 순한유동층 보일러는 바이오매스, 폐기물고형연료, 폐슬러지 등 재생연료를 연소시기기 위하여 사용되는 것이다.
이러한 순환유동층 보일러는 높은 연소효율, 800~950℃의 연소온도에 따른 질소산화물 생성억제효과, 석회석의 로내 투입을 통한 황산화물의 배출제어, 층입자의 열적 관성력에 따른 다양한 연료에 적용 가능하고 연료의 변동폭에 대한 수용능력이 좋아 석탄 보일러뿐만 아니라 각종 산업폐기물과 도시 쓰레기 소각까지 적용을 확대해 가고 있다.
현재 우리나라에서도 석탄 또는 정유정재 코크(Petroleum Coke)를 연료로 하는 순환유동층이 1980년대 중반부터 보급되어 십 수기가 운전 중에 있거나 건설 계획이 예정되어 있는 실정이다.
이와 관련한 등록특허 10-0686441호에 개시된 순환유동층 연소장치의 구성을 도 1을 통해 설명하면, 종래의 순환유동층 연소장치는 연료를 저장하는 연료 저장조(108)와, 상기 연료 저장로(108)부터 투입된 연료의 연소가 이루어지는 연소로(101)와, 상기 연소로(101)에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로(101)를 빠져나가는 입자를 포집하기 위한 사이클론(102)과, 상기 사이클론(102)에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 입자 순환부(105)와, 상기 사이클론(102)에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 회수하기 위한 대류회수부(103)와, 상기 사이클론(102)에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 집진부(104)와, 상기 집진부(104)를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 연돌(107)로 구성된다.
이와 같이 구성된 순환유동층 연소장치의 공정을 살펴보면, 연료 저장조에 저장된 연료는 연소로의 하부로 공급되고, 이때 연소용 일차공기(A1)는 평균입경 약 300㎛인 층물질로 채워진 연소로 하부로 공급되어 연소로에 유입된 연료가 연소하게 되며, 연료의 연소에 의해 발생된 연소가스는 연소로 출구로 배출되는 한편, 연소로에서 비말동반된 입자는 사이클론에서 포집되고, 저압의 사이클론 하단부에서 고압의 연소로 하단으로 포집된 입자가 입자순환 공급용 공기(A3)에 의해 순환될 수 있도록 입자 순환부에서 압력 균형을 유지하게 되며, 사이클론에서 입자가 분리된 연소가스는 대류회수부에서 현열을 회수하고, 사이클론에서 포집되지 않은 미세한 비산입자는 집진부에서 포집된 후 나머지 배기가스는 연돌을 통해 대기 중으로 배출되도록 구성된다.
그런데 상기 순환연소층 연소장치는 재생연료의 애쉬(ash) 속에 함유된 알카리 금속(Na, K), 인(P), 바나듐(V), S(황), 염소(Cl) 등이 대류회수부에서 융착 되거나 부식을 일으키는 것과 같은 문제를 가진다.
상기 문제 관련하여 순환연소층 연소장치의 대류회수부에서의 융착 및 부식은 배기가스 온도와 밀접한 관계가 있다는 점을 고려하여, 종래의 순환유동층 연소장치는 상기 가열기 및 재열기의 전단에 엠티패스(Empty Pass)를 설치함으로써 열회수를 위한 과열기 또는 재열기로 들어가는 배기가스의 온도를 일정온도로 낮추어 대류회수부에서의 융착 및 부식을 감소시켰다. 상기 엠티패스는 과열기 또는 재열기로 들어가는 배기가스의 온도 저감을 위하여 수관벽으로 이루진다.
그러나, 상기 엠티패스는 공간을 많이 차지할 뿐만 아니라 수관의 육성용접이나 부식방지를 위한 코팅 그리고 슛 블로워 설치 등으로 인한 설치비 및 유지보수비가 많이 소요된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 순환유동층 연소장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대류회수부에서 이동하는 배기가스 중 일부를 특정위치에서 추출하여 다시 대류회수부의 전단으로 공급함으로써 대류회수부의 온도를 적절하게 조정할 수 있는 순환유동층 연소장치 및 그 연소방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 연료를 저장하는 연료 저장조와; 상기 연료 저장조로부터 투입된 연료의 연소가 이루어지는 연소로와; 상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 포집하기 위한 사이클론과; 상기 사이클론에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 입자 순환부와; 상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 회수하는 과열기 또는 재열기를 포함하는 현열회수부와, 상기 과열기 또는 재열기를 통과한 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 절탄기와, 상기 절탄기의 후측에 위치하는 에어히터를 포함하는 대류회수부와; 상기 에어히터 전단의 배기가스의 일부를 상기 대류회수부 전측으로 순환시키는 배기가스순환부와; 상기 사이클론부에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 집진부와, 상기 집진부를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 연돌을 포함하는 순환유동층 연소장치를 제공한다.
그리고 본 발명은, 연료를 저장하는 연료 저장조와; 상기 연료 저장조로부터 투입된 연료의 연소가 이루어지는 연소로와; 상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 포집하기 위한 사이클론과; 상기 사이클론에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 입자 순환부와; 상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 회수하는 과열기 또는 재열기를 포함하는 현열회수부와, 상기 과열기 또는 재열기를 통과한 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 절탄기를 포함하는 대류회수부와; 상기 절탄기 전단의 배기가스의 일부를 상기 대류회수부 전측으로 순환시키는 배기가스순환부와; 상기 사이클론부에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 집진부와, 상기 집진부를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 연돌을 포함하는 순환유동층 연소장치를 제공한다.
바람직하게, 본 발명은 상기 절단기의 후측에 형성되는 에어히터를 더 포함하고, 상기 과열기 또는 재열기의 후측에 형성되는 제2사이클론을 더 포함한다.
본 발명은 다른 측면으로, (a) 연소로에서 연료를 연소시키는 단계와; (b) 상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 사이클론을 이용하여 포집하는 단계와; (c) 상기 (b) 단계에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 단계와; (d) 상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 현열회수기에서 회수하는 단계와; (e) 현열이 회수된 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 단계와; 상기 보일러 급수 가열 후 배기가스를 에어히터로 이송시키는 단계와; (f) 상기 에어히터로 이송되기 전의 배기가스의 일부를 상기 현열회수기의 전단부로 공급하는 단계와; (g) 상기 (b) 단계에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 단계와; (h) 상기 (g) 단계를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 단계를 포함하는 순환유동층 연소방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 또 다른 측면으로, (a) 연소로에서 연료를 연소시키는 단계와; (b) 상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 사이클론을 이용하여 포집하는 단계와; (c) 상기 (b) 단계에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 단계와; (d) 상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 현열회수기에서 회수하는 단계와; (e) 현열이 회수된 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 단계와; 상기 보일러 급수 가열 후 배기가스를 에어히터로 이송시키는 단계와; (f) 상기 (e) 단계의 급수를 가열하기 전의 배기가스의 일부를 상기 현열회수기의 전단으로 공급하는 단계와; (g) 상기 (b) 단계에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 단계와; (h) 상기 (g) 단계를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 단계를 포함하는 순환유동층 연소방법을 제공한다.
본 발명에 의한 순환유동층 연소장치 및 그 연소방법에 따르면, 대류회수부에서 이동하는 배기가스 중 일부를 현열회수기의 후측에서 추출하여 다시 대류회수부의 전단으로 공급함으로써 대류회수부의 온도를 적절하게 조정할 수 있다.
그리고 본 발명은 상기 대류회수부의 전단에 재순환공급되는 배기가스의 양을 조절하여 대류회수부의 온도를 적정하게 조정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 종래의 엠티패스를 설치하지 않아도 되므로 적은공간에서 용이하게 배기가스 온도를 낮출 수 있고, 엠티패스가 없으므로 엠티패스를 형성하는 경우 요구되는 수관벽에 대한 육성용접이나 코팅 그리고 슛블로워 설치가 요구되지 않으므로 설치비 및 운전보수비가 적게 소요된다는 장점을 가진다.
도 1은 종래의 순환유동층 연소장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 개략구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 연소로 및 대류회수부 관련 구성도이다.
도 4는, 본 발명의 제1실시예에 따른 순환유동층 연소방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 연소로 및 대류회수부 관련 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 순환유동층 연소방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 개략 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 연소로 및 대류회수부 관련 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 순환유동층 연소방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 개략 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 연소로 및 대류회수부 관련 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 순환유동층 연소방법의 순서도이다.
도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 연소로 및 대류회수부 관련 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 순환유동층 연소장치는, 연소로(10), 사이클론(20), 대류회수부(30), 집진부(40), 입자순환부(50), 연돌(70), 연료저장조(80), 배기가스순환부(90), 로 이루어진다.
상기 연료저장조(80)는, 탱크 형상으로 형성되며, 연료를 저장한다.
상기 연소로(10)는 상기 연료저장조(80)의 후측에 형성되어 상기 연료저장조(80)로부터 연료를 공급 받는다.
상기 사이클론(20)은 상기 연료로(10)의 후측에 위치하며 상기 연소로(10)에 공급된 공기와 함께 비말동반되어 상기 연소로를 빠져나가는 입자를 포집한다.
상기 입자순환부(50)는 상기 사이클론(20)의 하부에 형성되며, 상기 사이클론(20)에서 포집된 입자를 포집하여 연소로(10) 하부에 공급한다.
상기 사이클론(20)의 후측에 위치하는 상기 대류회수부(30)는 현열회수기(31), 절탄기(32), 에어히터(33)로 이루어진다.
상기 현열회수기(31)는 상기 사이클론에서 입자가 분리된 가스의 현열을 회수하며, 과열기 또는 재열기를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 절탄기(32)는 상기 현열회수기(31)의 후측에 연결되며, 상기 현열회수기(31)를 통과한 배기가스를 이용하여 보일러의 급수를 가열함으로써 상기 배기가스의 열을 재활용한다.
본 실시예에서 상기 절탄기(32)는 상기 배기가스의 열을 이용하여 보일러의 급수를 가열하였으나, 상기 배기가스의 열을 재활용하는 것이라면 다른 기능을 가지는 것도 가능하다.
상기 에어히터(33)는 상기 절탄기(32)의 후측에 위치하여 상기 절탄기(32)를 통과한 배기가스를 추가적으로 열교환하여 연소용 공기를 예열시킨다.
한편, 상기 배기가스순환부(90)는 일단이 상기 에어히터(33) 전단과 연결되며, 타단이 상기 대류회수부(30)의 전단과 연결되는 가스이송관으로 이루어져 상기 에어히터 전단의 배기가스 일부를 추출하여 상기 대류회수부(30)로 이송시킨다. 상기 가스이송관에는 흡입송풍기를 설치하여 상기 가스이송관을 따라 배기가스가 원활하게 이동될 수 있도록 한다.
상기 에어히터의 전단에서 추출되는 배기가스의 온도는 대략 300~400℃이며, 상기 대류회수부에 유입되는 대기가스 온도는 800~900℃이다. 그러므로, 상기 에어히터의 전단의 배기가스를 상기 대류회수부의 전단에 적정량 공급하면 상기 대류회수부에 유입되는 배기가스의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 대류회수부(30)에 유입되는 배기가스의 온도가 적정온도보다 높은 경우에는 상기 배기가스순환부(90)를 통하여 순환되는 배기가스의 양을 증가시키고, 상기 대류회수부(30)에 유입되는 배기가스의 온도가 적정온도보다 낮은 경우에는 상기 배기가스순환부(90)를 통하여 순환되는 배기가스의 양을 감소시킨다.
그리고 상기 집진부(40)는 상기 대류회수부의 후측에 위치하며 상기 사이클론부에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하고, 상기 연돌(70)은 상기 집진부를 통과한 배기가스를 외부로 배출한다. 상기 집진부와 상기 연돌 사이에는 펌프(60)를 설치하여 상기 집진부(40)를 통과한 배기가스가 연돌(70)로 원활하게 공급되도록 한다.
그리고 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 순환유동층 연소방법은, 연료를 연소시키는 단계(S100), 입자를 포집하는 단계(S200), 현열을 회수하는 단계(S350), 입자를 재주입하는 단계(S300), 절탄단계(S500), 재순환단계(S600), 에어히팅 단계(S700), 비산입자 포집 단계(S800), 가스배출단계(S900)로 이루어진다.
먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 순환유동층 연소방법에 따르면, 우선 연료 저장조로부터 공급된 연료를 연소로에서 연소시킨다.(S100) 그리고 상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 사이크로론을 이용하여 포집한다.(S200)
상기 사이클론에서 포집된 입자는 다시 연소로 하부로 공급된다.(S300) 한편, 상기 사이클론을 통과한 배기가스는 현열회수기로 공급되어 현열이 회수된다. (S400) 상기 현열회수기는 과열기 또는 재열기를 포함하여 이루어진다.
현열이 회수된 후, 이 배기가스는 절탄기로 공급되어 보일러 급수를 가열하는 절탄 공정을 실행한다. (S500)
상기 절탄기를 통과한 배기가스 중 일부는 재순환되기 위하여 상기 현열회수기의 전단으로 이송된다. (S600) 상기 절단기를 통과한 배기가스는 상기 사이클론으로부터 현열회수기의 전단으로 공급되는 배기가스보다 온도가 훨씬 낮으므로, 재순환되는 배기가스의 양을 적절히 조절하여 상기 현열회수기의 전단부의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.
상기 절탄기를 통과한 나머지 배기가스는 에어히터로 공급되어 추가적인 열교환을 한 후(S700), 집진부로 이송되어 상기 사이클론에서 포집되지 않은 미세한 비산입자가 포집된다. (S800)
상기 집진부를 통과한 배기가스는 연돌을 통하여 외부로 배출된다. (S900)
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 순환유동층 연소장치는, 연소로(10), 사이클론(20), 대류회수부(30), 집진부(40), 입자순환부(50), 연돌(70), 연료저장조(80), 배기가스순환부(290)로 이루어진다.
상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하기로 하고, 이에 대한 구체적인 설명도 생략하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 대류회수부는 현열회수기(31), 절탄기(32), 에어히터(33)로 이루어진다.
상기 현열회수기(31)는 가열기 또는 재열기를 포함하여 이루어져, 배기가스의 현열을 회수한다.
상기 배기가스순환부(290)는, 일단이 상기 절탄기(32) 전단과 연결되고, 타단은 상기 대류회수부(30)의 전단에 연결되는 가스이송관으로 이루어진다. 상기 절탄기(32) 전단의 배기가스의 일부는 상기 가스이송관을 통하여 상기 현열회수기의 전단으로 공급되어 현열회수기로 공급된다.
상기 가스이송관에 의하여 공급되는 가스의 온도는 대략 300~400℃이며, 상기 대류회수부에 유입되는 대기가스 온도는 800~900℃이다. 그러므로, 상기 절탄기 전단의 배기가스를 상기 대류회수부의 전단에 적정량 공급하면 상기 대류회수부에 유입되는 배기가스의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 순환유동층 연소방법은, 연료를 연소시키는 단계(S100), 입자를 포집하는 단계(S200), 입자를 재주입하는 단계(S300), 현열을 회수하는 단계(S400), 재순환단계(S620), 절탄단계(S520), 에어히팅 단계(S700), 비산입자 포집 단계(S800), 가스배출단계(S900)로 이루어진다.
상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하기로 하고, 이에 대한 구체적인 설명도 생략하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 순환유동층 연소방법의 재순환단계(S620)는, 상기 절탄단계(S520)를 수행하기 전의 배기가스의 일부를 상기 대류회수부(30)의 전단으로 공급한다.
절탄기를 통과하기 전의 배기가스는 상기 사이클론으로부터 현열회수기의 전단으로 공급되는 배기가스보다 온도가 훨씬 낮으므로, 재순환되는 배기가스의 양을 적절히 조절하여 상기 현열회수기에 공급되는 배기가스의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.
도 7,8을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 순환유동층 연소장치는, 연소로(10), 사이클론(20), 대류회수부(330), 집진부(40), 입자순환부(50), 연돌(70), 배기가스순환부(390)로 이루어진다.
상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하기로 하고, 이에 대한 구체적인 설명도 생략하기로 한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 대류회수부(330)는, 제1대류회수유닛(331)과; 제2대류회수유닛(332)으로 이루어진다.
상기 제1대류회수유닛(331)은 제1 내지 제3 과열기(31a)(31b)(31c)와 제1 내지 3재열기(31d)(31e)(31f), 제1,2절탄기튜브뱅크(32a)(32b)로 이루어지고, 상기 제2대류회수유닛(332)은 제3절탄기튜브뱅크(32c) 및 제1 내지 제3에어히터(33a)(33b)(33c)로 이루어진다. 본 실시예에서는 과열기, 재열기 및 절탄기튜브뱅크를 3개로 구성하였으나, 상기 과열기, 재열기 및 절탄기튜브뱅크의 개수를 변경하는 것도 물론 가능하다.
상기 제1,2절탄기튜브뱅크(32a)(32b)의 사이에는 빈공간인 캐비티가 형성되며, 이 캐비티에는 슛블로워(미도시)가 형성된다.
상기 제1 내지 제3과열기(31a)(31b)(31c) 및 제1 내지 제3재열기(31d)(31e)(31f)는 제1실시예의 과열기 및 재열기와 동일한 구성이며, 상기 제 1 내지 제3절탄기튜브뱅크(32a)(32b)(32c)는 제1실시예의 절탄기와 동일한 구성이고, 상기 제1내지 제3에어히터(33a)(33b)(33c) 또한 제1실시예의 에어히터와 동일한 구성이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 배기가스순환부(390)는, 상기 제2절탄기튜브뱅크(32b)와 상기 제3절탄기튜브뱅크(32c) 사이의 캐비티 공간에 일단이 연결되어, 상기 제2절탄기튜브뱅크(32b)를 통과한 배기가스의 일부를 대류회수부(330) 전측으로 이송시킨다.
본 실시예에서는 상기 제2,3절탄기튜브뱅크(32b)(32c) 사이의 배기가스를 대류회수부 전측으로 이송하였으나, 상기 제1,2절탄기튜브뱅크(32a)(32b) 사이의 배기가스를 대류회수부의 전측으로 이송시키는 것도 가능함은 물론이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 순환유동층 연소방법은, 연료를 연소시키는 단계(S100), 입자를 포집하는 단계(S200), 현열을 회수하는 단계(S350), 입자를 재주입하는 단계(S300), 절탄단계(S500), 재순환단계(S630), 에어히팅 단계(S700), 비산입자 포집 단계(S800), 가스배출단계(S900)로 이루어진다.
상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하기로 하고, 이에 대한 구체적인 설명도 생략하기로 한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 순환유동층 연소방법의 재순환단계(S630)는, 상기 절탄단계(S500)를 수행하는 배기가스의 일부를 상기 대류회수부(30)의 전단으로 공급한다. 즉, 상기 절탄단계(S500)가 수행되는 복수개의 절탄기튜브뱅크들 사이의 배기가스의 일부를 대류회수부 전단으로 공급한다.
절탄기를 통과하는 배기가스는 상기 사이클론으로부터 현열회수기의 전단으로 공급되는 배기가스보다 온도가 훨씬 낮으므로, 재순환되는 배기가스의 양을 적절히 조절하여 상기 현열회수기에 공급되는 배기가스의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.
도 10, 11을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 순환유동층 연소장치는, 연소로(10), 사이클론(20), 대류회수부(340), 집진부(40), 입자순환부(50), 연돌(70), 배기가스순환부(490)로 이루어진다.
상술한 본 발명의 제3실시예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하기로 하고, 이에 대한 구체적인 설명도 생략하기로 한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 대류회수부(340)는, 제1대류회수유닛(341)과; 제2대류회수유닛(342)으로 이루어진다.
상기 제1대류회수유닛(341)은 상술한 본 발명의 제3실시예의 제1대류회수유닛과 동일하고, 상기 제2대류회수유닛(342)은 선택적 촉매 환원(SCR, Selective Catalytic Reduction) 반응기 (343), 제3절탄기튜브뱅크(32c) 및 제1,2에어히터(33a)(33b)로 이루어진다.
상기 선택적 촉매 환원 반응기(343)는, 상기 제3절탄기튜브뱅크(32c) 전측에 위치하며 상기 제2절탄기튜브뱅크(32b)를 통과한 배기가스 중의 질소산화물 제거를 한다.
상기 배기가스순환부(490)는, 상기 제2절탄기튜브뱅크(32b)와 상기 선택적 촉매환원 반응기(343) 사이의 캐비티 공간에 일단이 연결되어, 상기 제2절탄기튜브뱅크(32b)를 통과한 배기가스의 일부를 대류회수부 전측으로 이송시킨다.
상기 선택적 촉매환원 반응기(343)는 황산암모늄 같은 부식성 물질의 응축을 방지하기 위하여 배기가스 온도가 300℃이상인 구간에 설치되어야 하므로, 유동층 보일러 설계 시 절탄기의 튜브뱅크의 개수 및 각각의 절탄기튜브뱅크의 튜브개수를 조절하여 선택적 촉매 환원 반응기의 설치 배기가스 온도를 맞추고 있다.
선택적 촉매 환원 시스템을 설치하는 경우에는 수직의 대류회수부 내에 현열회수기(과열기 또는 재열기)와 절탄기, 선택적 촉매 환원 반응기, 에어히터를 모두 설치할 수 없기 때문에 대류회수부를 수직방향으로 2개의 대류회수유닛으로 설치하여, 수직의 제 1 대류회수유닛에는 현열회수기와 절탄기튜브뱅크의 일부를 설치하고 수직의 제 2 대류회수유닛에는 선택적 촉매 환원 반응기와 나머지 절탄기튜브뱅크와 에어히터를 설치하게 된다. 이 경우 선택적 촉매 환원 반응기 앞에서 재순환관을 연결하는 경우에는 대류회수부 전단까지의 재순환관의 길이도 짧아 가장 컴팩트하게 재순환관을 설치할 수 있다는 장점을 가진다.
이와 같이 본 발명의 재순환관은 대류회수부의 튜브뱅크과 튜브뱅크 사이의 빈공간인 캐비티 어느 부분에도 설치가 가능하므로 설계 컨섭에 따라 재순환관의 길이를 고려하여 재순환관의 연결위치를 선정할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 순환유동층 연소방법은, 연료를 연소시키는 단계(S100), 입자를 포집하는 단계(S200), 현열을 회수하는 단계(S400), 입자를 재주입하는 단계(S300), 절탄 및 질소산화물 제거단계(S540), 재순환단계(S640), 에어히팅 단계(S700), 비산입자 포집 단계(S800), 가스배출단계(S900)로 이루어진다.
상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하기로 하고, 이에 대한 구체적인 설명도 생략하기로 한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 순환유동층 연소방법의 절탄 및 질소산화물제거단계(S540)는 현열이 회수된 배기가스를 복수개의 절탄기튜브뱅크를 이용하여 보일러급수를 가열하는 단계와; 상기 복수개의 절탄기튜브뱅크 사이에 위치하는 선택적 촉매 환원 시스템을 이용하여 상기 절탄기튜브뱅크를 통과한 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계로 이루어진다.
그리고 상기 재순환단계(S640)는, 상기 절탄 및 질소산화물제거단계(S540)를 수행하는 배기가스의 일부를 상기 대류회수부(30)의 전단으로 공급한다.
즉, 상기 질소산화물제거단계가 수행되기 전의 배기가스의 일부를 대류회수부 전단으로 공급한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 순환유동층 연소장치는, 연소로(10), 사이클론(20), 대류회수부(30), 집진설비(40), 입자순환부(50), 연돌(70), 연료저장조(80), 배기가스순환부(390)로 이루어진다.
상술한 본 발명의 제2실시예와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하기로 하고, 이에 대한 구체적인 설명도 생략하기로 한다.
본 발명의 제5실시예에 따른 순환유동층 연소장치의 대류회수부는 현열회수기(31), 제2사이클론(34), 절탄기(33)로 이루어진다.
상기 현열회수기(33)는 가열기 또는 재열기를 포함하여 이루어져, 배기가스의 현열을 회수하며, 상기 제2사이클론(34)은 상기 현열회수기의 후측에 위치하여 상기 현열회수기를 통과한 배기가스의 입자를 포집한다.
상기 배기가스순환부(590)는, 일단이 상기 사이클론과 절탄기 사이에 연결되고, 타단은 상기 현열회수기의 전단에 연결되는 가스이송관으로 이루어진다. 상기 사이클론을 통과한 배기가스의 일부는 상기 가스이송관을 통하여 상기 대류회수부(30)의 전단으로 공급되어 현열회수기로 공급된다.
상기 가스이송관에 의하여 공급되는 가스의 온도는 대략 300~400℃이며, 상기 대류회수부에 유입되는 대기가스 온도는 800~900℃이다. 그러므로, 상기 절탄기 전단의 배기가스를 상기 대류회수부의 전단에 적정량 공급하면 상기 대류회수부에 유입되는 배기가스의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어 본 발명의 제1실시예 및 제5실시예와 같이 대류회수부의 최종열교환수단(에어 히터 또는 절탄기)의 전단의 배기가스를 상기 대류회수부의 전단으로 재순환시킬 수도 있지만 에어히터 후단이나 에어히터 후단에 설치된 입자 포집 수단(전기집진기나 백필터)의 후단에서 배기가스를 재순환 시켜도 대류회수부의 온도조절 수단의 측면에서는 무방하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 연소로 20 : 사이클론
30 : 대류회수부 31 : 현열회수기
32: 절탄기 33 : 에어히터
40 : 집진부 50 : 연돌

Claims (11)

  1. 연료를 저장하는 연료 저장조와;
    상기 연료 저장조로부터 투입된 연료의 연소가 이루어지는 연소로와;
    상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 포집하기 위한 사이클론과;
    상기 사이클론에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 입자 순환부와;
    상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 회수하는 현열회수기와, 상기 현열회수기를 통과한 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 절탄기와, 상기 절탄기의 후측에 위치하는 에어히터를 포함하는 대류회수부와;
    상기 에어히터 전단의 배기가스의 일부를 상기 대류회수부 전측으로 순환시키는 배기가스순환부와;
    상기 사이클론부에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 집진부와, 상기 집진부를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 연돌을 포함하는 순환유동층 연소장치.
  2. 연료를 저장하는 연료 저장조와; 상기 연료 저장조로부터 투입된 연료의 연소가 이루어지는 연소로와;
    상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 포집하기 위한 사이클론과;
    상기 사이클론에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 입자 순환부와;
    상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 회수하는 현열회수기와, 상기 현열회수기를 통과한 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 절탄기를 포함하는 대류회수부와; 상기 절탄기 전단의 배기가스의 일부를 상기 대류회수부 전측으로 순환시키는 배기가스순환부와;
    상기 사이클론부에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 집진부와, 상기 집진부를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 연돌을 포함하는 순환유동층 연소장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절탄기의 후측에 형성되는 에어히터를 더 포함하는 순환유동층 연소장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 현열회수기의 후측에 형성되는 제2사이클론을 더 포함하는 순환유동층 연소장치.
  5. 연료를 저장하는 연료 저장조와;
    상기 연료 저장조로부터 투입된 연료의 연소가 이루어지는 연소로와;
    상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 포집하기 위한 사이클론과;
    상기 사이클론에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 입자 순환부와;
    상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 회수하는 현열회수기와, 상기 현열회수기를 통과한 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 절탄기와, 상기 절탄기의 후측에 위치하는 에어히터를 포함하는 대류회수부와;
    상기 사이클론부에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 집진부와, 상기 집진부를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 연돌을 포함하는 순환유동층 연소장치에 있어서,
    상기 절탄기는 복수개의 절탄기튜브뱅크로 이루어지며,
    상기 절탄기튜브뱅크들 사이의 배기가스의 일부를 상기 대류회수부 전측으로 순환시키는 배기가스순환부를 포함하는 순환유동층 연소장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 절탄기는 상기 현열회수기의 후측에 위치하는 제1튜브뱅크 및 상기 제1튜브뱅크의 후측에 위치하는 제2튜브뱅크로 이루어지며, 상기 배기가스순환부는 상기 제1튜브뱅크를 통과한 배기가스의 일부를 상기 대류회수부 전측으로 순환시키는 순환유동층 연소장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수개의 절탄기튜브뱅크 사이에 위치하며, 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매 환원(SCR, Selective Catalytic Reduction) 반응기를 더 포함하며,
    상기 배기가스순환부는 상기 선택적 촉매 환원 반응기 전단의 배기가스의 일부를 상기 대류회수부 전측으로 순환시키는 순환유동층 연소장치.
  8. (a) 연소로에서 연료를 연소시키는 단계와;
    (b) 상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 사이클론을 이용하여 포집하는 단계와;
    (c) 상기 (b) 단계에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 단계와;
    (d) 상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 현열회수기에서 회수하는 단계와;
    (e) 현열이 회수된 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하고, 상기 보일러 급수 가열 후 배기가스를 에어히터로 이송시키는 단계와;
    (f) 상기 에어히터로 이송되기 전의 배기가스의 일부를 상기 현열회수기의 전단부로 공급하는 단계와;
    (g) 상기 (b) 단계에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 단계와;
    (h) 상기 (g) 단계를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 단계를 포함하는 순환유동층 연소방법.
  9. (a) 연소로에서 연료를 연소시키는 단계와;
    (b) 상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 사이클론을 이용하여 포집하는 단계와;
    (c) 상기 (b) 단계에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 단계와;
    (d) 상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 현열회수기에서 회수하는 단계와;
    (e) 현열이 회수된 배기가스를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 단계와; 상기 보일러 급수 가열 후 배기가스를 에어히터로 이송시키는 단계와;
    (f) 상기 (e) 단계의 급수를 가열하기 전의 배기가스의 일부를 상기 현열회수기의 전단으로 공급하는 단계와;
    (g) 상기 (b) 단계에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 단계와;
    (h) 상기 (g) 단계를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 단계를 포함하는 순환유동층 연소방법.
  10. (a) 연소로에서 연료를 연소시키는 단계와;
    (b) 상기 연소로에 공급된 연소용 공기와 함께 비말동반되어 연소로를 빠져나가는 입자를 사이클론을 이용하여 포집하는 단계와;
    (c) 상기 (b) 단계에서 포집된 입자를 연소로 하부에 재주입시키는 단계와;
    (d) 상기 사이클론에서 입자가 분리된 배기가스의 현열을 현열회수기에서 회수하는 단계와;
    (e) 현열이 회수된 배기가스를 복수개의 튜브뱅크로 이루어진 절탄기로 이송한 후, 이를 이용하여 보일러 급수를 가열하는 단계와; 상기 보일러 급수 가열 후 배기가스를 에어히터로 이송시키는 단계와;
    (f) 상기 복수개의 튜브뱅크들 사이의 배기가스의 일부를 상기 현열회수기의 전단부로 공급하는 단계와; (g) 상기 (b) 단계에서 포집되지 않은 미세한 비산입자를 포집하는 단계와;
    (h) 상기 (g) 단계를 거친 배기가스를 외부로 배출하는 단계를 포함하는 순환유동층 연소방법.
  11. 청구항 11에 있어서,
    상기 (e) 단계는, 현열이 회수된 배기가스를 복수개의 절탄기튜브뱅크를 이용하여 보일러급수를 가열하는 단계와;
    상기 복수개의 절탄기튜브뱅크 사이에 위치하는 선택적 촉매 환원 반응기를 이용하여 상기 절탄기튜브뱅크를 통과한 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 (f) 단계는 상기 선택적 촉매 환원 반응기 전측의 배기가스 중 일부를 상기 현열회수기의 전단부로 공급하는 단계인 순환유동층 연소방법.
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