KR20140104686A - 순환 유동층 보일러용 연소로 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바닥, 상기 바닥에서 돌출되는 제1돌출벽 및 제2돌출벽을 포함하고, 연료를 연소하는 작업이 이루어지는 연소챔버, 상기 바닥을 통해 상기 연소챔버 내부로 유동화 가스를 공급하기 위한 메인 가스공급유닛, 및 상기 제1돌출벽 및 상기 제2돌출벽을 관통하여 형성되며, 상기 연소챔버 내부로 유동화 가스를 공급하기 위한 복수개의 서브 노즐을 포함하고, 상기 서브 노즐은 메인관과, 상기 메인관에서 상기 제1돌출벽을 향해 연장되는 제1분기관, 상기 2돌출벽을 향해 연장되는 제2분기관을 포함하고, 상기 제1분기관과 상기 제2분기관은 상기 바닥을 향해 유동화 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러용 연소로 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러에 관한 것으로,
본 발명에 따르면, 메인 가스공급유닛과 함게 유동화가스를 공급하는 서브 가스공급유닛을 마련하여 고체 입자의 유동을 더욱 촉진하고, 이에 따라 순환 유동층 보일러의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

순환 유동층 보일러용 연소로 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러{Furnace and Circulating Fluidized Bed Boiler having the same}

본 발명은 연료를 연소하기 위한 순환 유동층 보일러용 연소로 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러에 관한 것이다.

유동층 연소 방식은 화석 연료, 바이오매스 연료 등과 같은 고형 연료를 모래 및/또는 회재(ash)와 같은 층(bed) 물질과 함께 연소로 내에서 유동시키면서 연소시키는 방식이다.

연소로 내로 유동화 가스가 분사됨으로써 상기 고형 연료와 층 물질이 유동화되면서 연소로 전역에서 균일하고 빠르게 혼합된다. 이렇게 유동화된 고형 연료 및 층 물질이 연소되면서 고온의 연소가스가 생성된다. 이렇게 생성된 연소가스는 가열된 공기와 함께 상기 연소로로부터 배출된다. 연소로로부터 배출된 상기 가열된 공기 및 고온의 연소가스의 혼합물[이하, '배가스(flue gas)'로 칭함]은 증기터빈을 구동시키기 위한 증기를 발생시키는데 이용된다.

전형적으로, 유동층 보일러에서 열 교환은 연소로 및 고온의 배가스가 통과하는 대류 섹션(convection section)에서 각각 이루어진다. 상기 연소로의 벽들이 핀들(fins)에 의해 서로 결합된 튜브들을 포함하고, 상기 튜브들을 통해 흐르는 액체가 상기 연소로 내에서 발생한 열을 흡수한다.

유동층 연소 방식은, 연소 반응이 빠르고, 일반 화력 연소 방식에 비해 조업 온도가 상대적으로 낮아서 질소산화물의 발생량이 적다는 장점을 갖는다.

순환 유동층 연소 방식은 배가스와 함께 연소로로부터 배출되는 고체 입자들을 상기 배가스로부터 분리한 후 상기 연소로로 복귀시키는 방식이다.

일반적으로, 순환 유동층 보일러는 연소로, 상기 연소로의 상부에 형성되어 있는 배출구에 연결되어 있는 분리기, 상기 분리기에서 상기 배가스로부터 분리된 고체 입자들의 순환을 위한 리턴 덕트, 및 상기 리턴 덕트로부터 공급되는 고체 입자들로부터 열을 회수하기 위한 열교환부를 포함한다. 이러한 상기 분리기, 상기 리턴 덕트 및 상기 열교환부는 입자 순환 시스템을 구성한다.

한편, 상기 연소로에는 유동화 가스를 분사하여 연소를 촉진하기 위한 가스공급유닛이 설치된다. 상기 가스공급유닛으로부터 분사되는 유동화 가스를 이용하여 연료가 연소됨에 따라 생성되는 배가스는, 대류 현상에 의해 상기 연소로 내에서 위로 상승하면서 상기 연소로 내부에 존재하는 고체 입자들의 일부를 포획한 후에 상기 연소로로부터 배출된다. 이 과정에서 상기 배가스에 포획되지 못한 고체 입자들은 상기 연소로의 바닥에 쌓이게 된다.

특히, 순환 유동층 보일러가 대형화되면서 상기 연소로의 크기가 커짐에 따라 상기 가스공급유닛만으로 공급되는 유동화가스가 충분하지 않아 상기 배가스에 포획되지 못한 고체 입자들이 많아질 수 있다. 또한, 상기 연소의 크기가 커짐에 따라 상기 연소로의 바닥에 쌓이는 고체 입자들의 양도 증가하게 된다. 이렇게 상기 연소로 바닥에 쌓이는 고체 입자들은 상기 가스공급유닛으로부터 분사되는 유동화 가스의 흐름을 저해하는 등 연료가 연소되는 과정을 방해하여 순환 유동층 보일러의 효율을 저하시키는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 연소 과정에서 연소로 바닥에 쌓이는 고체 입자들을 다시 유동화시키기 위한 순환 유동층 보일러용 연소로 및 이를 포함하는 순환 유동층 보일러를 제공하기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 연소로는 바닥, 상기 바닥에서 돌출되는 제1돌출벽 및 제2돌출벽을 포함하고, 연료를 연소하는 작업이 이루어지는 연소챔버; 상기 바닥을 통해 상기 연소챔버 내부로 유동화 가스를 공급하기 위한 메인 가스공급유닛; 및 상기 제1돌출벽 및 상기 제2돌출벽을 관통하여 형성되며, 상기 연소챔버 내부로 유동화 가스를 공급하기 위한 복수개의 서브 노즐을 포함하고, 상기 서브 노즐은 메인관과, 상기 메인관에서 상기 제1돌출벽을 향해 연장되는 제1분기관, 상기 2돌출벽을 향해 연장되는 제2분기관을 포함하고, 상기 제1분기관과 상기 제2분기관은 상기 바닥을 향해 유동화 가스를 배출할 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 연소로에서 상기 서브 노즐은, 상기 메인관에서 상기 제1돌출벽을 향해 연장되며, 상기 제1분기관의 하측에 위치하는 제3분기관; 및 상기 메인관에서 상기 제2돌출벽을 향해 연장되며, 상기 제2분기관의 하측에 위치하는 제4분기관을 더 포함하고, 상기 제3분기관과 상기 제4분기관은 상기 바닥을 향해 유동화 가스를 배출할 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 연소로는 상기 메인관에 설치되어 상기 메인관을 지나는 유동화 가스가 상기 제1분기관과 상기 제2분기관 중 적어도 하나를 지나게 하는 유로변경유닛을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러는 유동화된 연료가 연소되는 연소로; 상기 연소로에 연결되고, 상기 유동화된 연료의 연소에 의해 발생되는 배가스로부터 고체 입자들을 분리하는 분리기; 및 상기 연소로와 상기 분리기를 연결하는 연결덕트를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 메인 가스공급유닛과 함게 유동화가스를 공급하는 서브 가스공급유닛을 마련하여 고체 입자의 유동을 더욱 촉진하고, 이에 따라 순환 유동층 보일러의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 고체 입자가 유동하는 방향으로 유동화가스를 공급하도록 서브 노즐이 배치되어, 고체 입자들의 유동을 더욱 촉진시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 개략적인 블록도
도 2는 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 개략적인 수직 단면도
도 3은 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 연소로가 포함하는 서브 노즐의 제1실시예를 설명하기 위한 단면도
도 4는 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 연소로가 포함하는 서브 노즐의 제2실시예를 설명하기 위한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 연소로가 포함하는 서브 노즐의 제3실시예를 설명하기 위한 단면도

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러용 연소로는 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러에 포함되므로, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러의 바람직한 실시예를 설명하면서 함께 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 유동화된 연료가 연소되는 연소로(2), 상기 연소로(2)로부터 배출되는 배가스 및 고체 입자들을 분리하는 분리기(3), 및 상기 연소로(2)와 상기 분리기(3)를 연결하는 연결덕트(4)를 포함한다.

상기 연소로(2)는 연료를 연소하는 작업이 이루어지는 연소챔버(21), 및 상기 연소챔버(21)에 유동화 가스를 공급하기 위한 메인 가스공급유닛(22), 서브 가스공급유닛(23)을 포함한다.

상기 연소챔버(21)는 전방 벽(211), 후방 벽(212), 및 이들 사이에 위치하는 2개의 측면 벽들을 포함할 수 있다. 상기 연소챔버(21)는 상기 전방 벽(211), 상기 후방 벽(212) 및 상기 측면 벽들의 상부에 위치하는 지붕(213)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 연소챔버(21)는 상기 전방 벽(211), 상기 후방 벽(212) 및 상기 측면 벽들의 하부에 위치하는 바닥(214)을 포함할 수 있다. 상기 연소챔버(21)의 벽들(211, 212)은 핀들(fins)에 의해 서로 결합된 튜브들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 연소챔버(21)는 상기 튜브들을 통해 흐르는 액체가 유동화된 연료가 연소됨에 따라 발생하는 열을 흡수하도록 구현됨으로써, 열 교환 기능을 갖출 수 있다.

상기 바닥(214)은 상기 전방 벽(211), 상기 후방 벽(212), 및 이들 사이에 위치하는 2개의 측면 벽들에 결합된다. 상기 바닥(214)은 상기 지붕(213)과 서로 마주보게 위치된다.

상기 연소챔버(21)는 상기 바닥(214)에서 돌출되어 형성되는 제1돌출벽(215)과, 제2돌출벽(216)을 포함할 수 있다. 상기 제1돌출벽(215)과 상기 제2돌출벽(216)은 상기 바닥(214)에서 상기 지붕(213)을 향해 돌출된다. 상기 제1돌출벽(215)과 상기 제2돌출벽(216)은 일단이 상기 상기 바닥(214)에 연결되고, 타단은 서로 연결된다. 즉, 상기 제1돌출벽(215)과 상기 제2돌출벽(216)은 서로 연결되도록 상기 바닥(214)에서 돌출된다. 상기 연소챔버(21)는 상기 전방 벽(211), 상기 후방 벽(212), 상기 측면 벽들, 상기 지붕(213), 상기 바닥(214), 상기 제1돌출벽(215), 상기 제2돌출벽(216)에 의해 폐쇄되게 형성된다.

상기 바닥(214)은 제1바닥부(2141) 및 제2바닥부(2142)를 포함한다. 상기 제1바닥부(2141)와 상기 제2바닥부(2142)는 상기 제1돌출벽(215) 및 상기 제2돌출벽(216)을 사이에 두도록 위치하다. 따라서, 상기 제1바닥부(2141)는 상기 제1돌출벽(215)에 연결되고, 상기 제2바닥부(2142)는 상기 제2돌출벽(216)에 연결된다.

상기 연소로(2)는 유동화가스를 공급하기 위한 메인 가스공급유닛(22)을 더 포함한다. 상기 메인 가스공급유닛(22)은 상기 연소챔버(21) 내부에 유동화가스를 공급한다. 상기 메인 가스공급유닛(22)은 상기 제1바닥부(2141) 위에 설치되는 제1플레이트(221), 상기 제2바닥부(2142) 위에 설치되는 제2플레이트(224), 상기 제1플레이트(221)에 형성된 복수개의 제1메인분사홀(222) 및 상기 제2플레이트(224)에 형성된 복수개의 제2메인분사홀(224)을 포함한다. 상기 메인 가스공급유닛(22)은 상기 제1메인분사홀(222)들에 대응되도록 상기 제1플레이트(221) 상에 결합된 복수개의 노즐(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 메인 가스공급유닛(22)은 상기 제2메인분사홀(224)들에 대응되도록 상기 제2플레이트(224) 상에 결합된 복수개의 노즐(미도시)을 더 포함할 수 있다.

상기 제1플레이트(221)는 상기 제1바닥부(2141)로부터 상기 지붕(213) 방향으로 소정 거리 이격되게 설치된다. 상기 제1플레이트(221)는 상기 제1바닥부(2141)와 평행하게 설치될 수 있다. 상기 제1플레이트(221)와 상기 제1바닥부(2141) 사이의 공간은 제1메인가스실(223)을 형성한다.

상기 제1메인분사홀(222)들은 상기 제1플레이트(221)를 관통하여 형성된다. 상기 제1메인분사홀(222)들은 서로 소정 거리 이격되게 형성될 수 있다.

상기 제2플레이트(224)는 상기 제2바닥부(2142)로부터 상기 지붕(213) 방향으로 소정 거리 이격되게 설치된다. 상기 제2플레이트(224)는 상기 제2바닥부(2142)와 평행하게 설치될 수 있다. 상기 제2플레이트(224)와 상기 제2바닥부(2142) 사이의 공간은 제2메인가스실(226)을 형성한다.

상기 제2메인분사홀(224)들은 상기 제2플레이트(224)를 관통하여 형성된다. 상기 제2메인분사홀(224)들은 서로 소정 거리 이격되게 형성될 수 있다.

가스공급원(미도시)로부터 공급되는 유동가스는 상기 제1메인가스실(223) 및 상기 제2메인가스실(226)에 공급된 후에 상기 제1메인분사홀(222)들 및 상기 제2메인분사홀(224)들을 거쳐 상기 연소챔버(21) 내부로 공급된다.

상기 연소로(2)는 상기 메인 가스공급유닛(22)과 함께 유동화가스를 공급하는 서브 가스공급유닛(23)을 더 포함한다. 상기 서브 가스공급유닛(23)은 상기 연소챔버(21) 내부에 유동화가스를 공급한다. 상기 서브 가스공급유닛(23)은 상기 제1돌출벽(215) 및 상기 제2돌출벽(216)에 결합되는 서브 노즐(231)을 포함한다.

상기 서브 가스공급유닛(23)은 그 내부에 상기 서브 노즐(231)이 배치되는 서브 가스실(232)을 더 포함할 수 있다. 상기 서브 가스실(232)을 위해 상기 연소챔버(21)는 상기 제1돌출벽(215)과 상기 제2돌출벽(216) 하부에 위치하는 서브 바닥부(2143)을 더 포함할 수 있다. 상기 서브 바닥부(2143)은 상기 제1돌출벽(215), 상기 제2돌출벽(216)에 결합된다. 상기 서브 바닥부(2143)은 상기 지붕(213)과 서로 마주보게 위치한다. 상기 서브 바닥부(2143)은 상기 제1바닥부(2141)와 상기 제2바닥부(2142)의 사이에 위치한다. 따라서, 상기 제1바닥부(2141)는 상기 제1돌출벽(215)에 연결되고, 상기 제2바닥부(2142)는 상기 제2돌출벽(216)에 연결된다. 상기 제1바닥부(2141), 상기 제2바닥부(2142) 및 상기 서브 바닥부(2143)은 분리되어 형성될 수도 있고, 일체로 형성될 수도 있다. 상기 제1바닥부(2141), 상기 제2바닥부(2142) 및 상기 서브 바닥부(2143)은 동일한 높이를 가지도록 형성될 수도 있고, 서로 다른 높이를 가지도록 형성될 수도 있다. 상기 제1바닥부(2141), 상기 제2바닥부(2142) 및 상기 서브 바닥부(2143)이 서로 다른 높이를 가지도록 형성되는 경우, 상기 서브 바닥부(2143)은 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)와 다른 높이를 가지도록 형성된다. 상기 제1돌출벽(215), 상기 제2돌출벽(216) 및 상기 서브 바닥부(2143)에 의해 상기 서브 가스공급유닛(23)의 서브 가스실(232)이 형성된다.

상기 서브 가스실(232) 내부에 상기 서브 노즐(231)이 배치된다. 가스공급원(미도시)가 상기 서브 가스실(232) 내부에 유동화 가스를 공급하면, 유동화 가스가 상기 서브 노즐(231)을 통해 상기 연소 챔버(21) 내부로 공급된다.

상기 서브 가스실(232) 내부에는 상기 서브 노즐(231)을 지지하는 서브 플레이트(233)가 배치될 수 있다. 상기 서브 플레이트(233)는 상기 서브 바닥부(2143)으로부터 상기 지붕(213) 방향으로 소정 거리 이격되게 설치된다. 상기 서브 플레이트(233)는 상기 서브 바닥부(2143)과 평행하게 설치될 수 있다. 상기 서브 플레이트(233)는 상기 서브 노즐(231)을 지지한다. 상기 서브 노즐(231)의 일단은 상기 제1돌출벽(215) 및 상기 제2돌출벽(216)에 결합되고, 타단은 상기 서브 플레이트(233)에 결합된다.

위와 달리 상기 서브 노즐(231)은 직접 가스공급원(미도시)에 연결될 수 있다. 이 경우 상기 서브 가스실(232)은 생략될 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)가 포함하는 서브 노즐(231)은 여러 가지 실시예를 포함할 수 있다. 이하에서는 이러한 실시예들에 대해 첨부된 도면을 참고하여 순차적으로 설명한다.

<제1실시예>

도 3을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 서브 노즐(231)은 메인관(2311)과, 상기 메인관(2311)에서 분기되는 제1분기관(2312) 및 제2분기관(2313)을 포함한다.

상기 메인관(2311)은 일단이 상기 서브 플레이트(233)에 결합되고, 타단은 분기되어 상기 제1분기관(2312) 및 상기 제2분기관(2313)을 형성한다. 앞서 살펴본 바와 같이 상기 서브 노즐(231)이 가스공급원에 직접 연결되는 경우 상기 메인관(2311)의 일단은 상기 가스공급원에 연결된다.

상기 제1분기관(2312)은 상기 메인관(2311)의 타단에서 상기 제1돌출벽(215)을 향해 연장된다. 상기 제1분기관(2312)의 일단은 상기 메인관(2311)에 연결되고, 타단은 상기 제1돌출벽(215)에 결합된다. 상기 제1분기관(2312)은 상기 제1돌출벽(215)을 관통하도록 설치된다. 상기 제1돌출벽(215)에는 상기 제1분기관(2312)이 복수개 설치될 수 있다. 상기 제1분기관(2312)들은 서로 이격되게 배치될 수 있다. 상기 제1분기관(2312)은 하측방향을 향하도록 상기 제1돌출벽(215)을 관통하여 형성된다. 즉, 상기 제1분기관(2312)은 상기 제1바닥부(2141)를 향하도록 상기 제1돌출벽(215)을 관통하여 형성된다. 상기 제1분기관(2312)은 상기 제1바닥부(2141)보다 높은 위치에서 상기 메인관(2311)에서 분기된다. 따라서, 상기 제1분기관(2312)이 하측방향을 향하도록 상기 제1돌출벽(215)에 결합되면, 상기 제1분기관(2312)은 상기 제1바닥부(2141)를 향하게 된다.

상기 제2분기관(2313)은 상기 메인관(2311)의 타단에서 상기 제2돌출벽(216)을 향해 연장된다. 상기 제2분기관(2313)의 일단은 상기 메인관(2311)에 연결되고, 타단은 상기 제2돌출벽(216)에 결합된다. 상기 제2분기관(2313)은 상기 제2돌출벽(216)을 관통하도록 설치된다. 상기 제2돌출벽(216)에는 상기 제2분기관(2313)이 복수개 설치될 수 있다. 상기 제2분기관(2313)들은 서로 이격되게 배치될 수 있다. 상기 제2분기관(2313)은 하측방향을 향하도록 상기 제2돌출벽(216)을 관통하여 형성된다. 즉, 상기 제2분기관(2313)은 상기 제2바닥부(2142)를 향하도록 상기 제2돌출벽(216)을 관통하여 형성된다. 상기 제2분기관(2313)은 상기 제2바닥부(2142)보다 높은 위치에서 상기 메인관(2311)에서 분기된다. 따라서, 상기 제2분기관(2313)이 하측방향을 향하도록 상기 제2돌출벽(216)에 결합되면, 상기 제2분기관(2313)은 상기 제2바닥부(2142)를 향하게 된다.

<제2실시예>

도 4를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 서브 노즐(231)은 메인관(2311)과, 상기 메인관(2311)에서 분기되는 제1분기관(2312), 제2분기관(2313), 제3분기관(2314) 및 제4분기관(2315)을 포함한다.

상기 메인관(2311), 상기 제1분기관(2312), 상기 제2분기관(2313)에 대해서는 앞의 제1실시예에서 설명하였으므로, 설명을 생략한다.

상기 제3분기관(2314)과 상기 제4분기관(2315)은 상기 메인관(2311)의 중심부에서 분기되어 형성된다. 즉, 상기 제3분기관(2314) 및 상기 제4분기관(2315)은 상기 메인관(2311)에서 상기 제1분기관(2312) 및 상기 제2분기관(2313)이 분기된 부분보다 낮은 위치에서 분기된다.

상기 제3분기관(2314)은 상기 제1분기관(2312)의 하측에 배치된다. 상기 제3분기관(2314)은 상기 메인관(2311)에서 상기 제1돌출벽(215)을 향해 연장된다. 상기 제3분기관(2314)의 일단은 상기 메인관(2311)에 연결되고, 타단은 상기 제1돌출벽(215)에 결합된다. 상기 제3분기관(2314)은 상기 제1돌출벽(215)을 관통하도록 설치된다. 상기 제1돌출벽(215)에는 상기 제3분기관(2314)이 복수개 설치될 수 있다. 상기 제3분기관(2314)들은 서로 이격되게 배치될 수 있다. 상기 제3분기관(2314)은 하측방향을 향하도록 상기 제1돌출벽(215)을 관통하여 형성된다. 즉, 상기 제3분기관(2314)은 상기 제1바닥부(2141)를 향하도록 상기 제1돌출벽(215)을 관통하여 형성된다. 상기 제3분기관(2314)은 상기 제1바닥부(2141)보다 높은 위치에서 상기 메인관(2311)에서 분기된다. 다만, 상기 제3분기관(2314)은 상기 제1분기관(2312)보다 낮은 위치에서 상기 메인관(2311)에서 분기된다. 상기 제3분기관(2314)은 상기 제1분기관(2312)과 같이 상기 제1바닥부(2141)를 향하여 유동화 가스를 배출한다. 다만, 상기 제3분기관(2314)과 상기 제1분기관(2312)의 위치 차이에 의하여, 상기 제3분기관(2314)은 상기 제1바닥부(2141)에서 상기 제1돌출벽(215)에 인접한 부분을 향해 유동화 가스를 공급한다. 반면, 상기 제1분기관(2312)은 상기 제1바닥부(2141)에서 상기 전방벽(211)에 인접한 부분을 향해 유동화 가스를 공급한다.

상기 제1분기관(2312)과 상기 제3분기관(2314)에 의해 상기 제1바닥부(2141) 전체에 유동화 가스를 공급할 수 있게 된다.

상기 제4분기관(2315)은 상기 제2분기관(2313)의 하측에 배치된다. 상기 제4분기관(2315)은 상기 메인관(2311)에서 상기 제2돌출벽(216)을 향해 연장된다. 상기 제4분기관(2315)의 일단은 상기 메인관(2311)에 연결되고, 타단은 상기 제2돌출벽(216)에 결합된다. 상기 제4분기관(2315)은 상기 제2돌출벽(216)을 관통하도록 설치된다. 상기 제2돌출벽(216)에는 상기 제4분기관(2315)이 복수개 설치될 수 있다. 상기 제4분기관(2315)들은 서로 이격되게 배치될 수 있다. 상기 제4분기관(2315)은 하측방향을 향하도록 상기 제2돌출벽(216)을 관통하여 형성된다. 즉, 상기 제4분기관(2315)은 상기 제2바닥부(2142)를 향하도록 상기 제2돌출벽(216)을 관통하여 형성된다. 상기 제4분기관(2315)은 상기 제2바닥부(2142)보다 높은 위치에서 상기 메인관(2311)에서 분기된다. 다만, 상기 제4분기관(2315)은 상기 제2분기관(2313)보다 낮은 위치에서 상기 메인관(2311)에서 분기된다. 상기 제4분기관(2315)은 상기 제2분기관(2313)과 같이 상기 제2바닥부(2142)를 향하여 유동화 가스를 배출한다. 다만, 상기 제4분기관(2315)과 상기 제2분기관(2313)의 위치 차이에 의하여, 상기 제4분기관(2315)은 상기 제2바닥부(2142)에서 상기 제2돌출벽(216)에 인접한 부분을 향해 유동화 가스를 공급한다. 반면, 상기 제2분기관(2313)은 상기 제2바닥부(2142)에서 상기 후방벽(212)에 인접한 부분을 향해 유동화 가스를 공급한다.

상기 제2분기관(2313)과 상기 제4분기관(2315)에 의해 상기 제2바닥부(2142) 전체에 유동화 가스를 공급할 수 있게 된다.

본 발명의 제2실시예에 따른 서브 노즐(231)은 상기 메인관(2311)에 설치되는 유로변환유닛(234)을 더 포함할 수 있다. 상기 유로변환유닛(234)은 상기 메인관(2311)을 통하는 유동화 가스가 상기 제1분기관(2312) 및 상기 제2분기관(2313) 또는 상기 제3분기관(2314) 및 상기 제4분기관(2315)을 향하여 이동할 수 있도록 유동화 가스의 이동 경로를 변경한다. 상기 유루변환유닛(234)은 상기 제1분기관(2312), 상기 제2분기관, 상기 제3분기관(2314) 및 상기 제4분기관(2315) 모두로 유동화 가스가 배출될 수 있게 할 수도 있다. 상기 유로변환유닛(234)은 밸브를 포함할 수 있다.

상기 유로변환유닛(234)에 의해 서로 다른 높이, 서로 다른 방향에서 유동화 가스를 배출할 수 있게 한다. 즉, 상기 유로변환유닛(234)은 상기 바닥(214)에서 고체 입자가 많이 쌓인 곳을 향해서만 유동화 가스를 공급하게 한다. 이에 따라, 서브 가스공급유닛(23)의 효율이 향상될 수 있다.

<실시예 3>

도 5를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 서브 노즐(231)은 제1메인관(2136) 및 제2메인관(2137과, 상기 제1메인관(2136)에서 분기되는 제1분기관(2312) 및 제3분기관(2314), 상기 제1메인관(2137)에서 분기되는 제2분기관(2313) 및 제4분기관(2315)을 포함한다.

상기 제1분기관(2312), 상기 제2분기관(2313), 상기 제3분기관(2314), 상기 제4분기관(2315)에 대해서는 앞의 실시예와 차이점을 위주로 설명한다.

상기 제1메인관(2136)은 일단이 상기 서브 플레이트(233)에 결합되고, 타단은 분기되어 상기 제1분기관(2312) 및 상기 제3분기관(2314)을 형성한다. 앞서 살펴본 바와 같이 상기 서브 노즐(231)이 가스공급원에 직접 연결되는 경우 상기 제1메인관(2136)의 일단은 상기 가스공급원에 연결된다.

상기 제1메인관(2137)은 일단이 상기 서브 플레이트(233)에 결합되고, 타단은 분기되어 상기 제2분기관(2313) 및 상기 제4분기관(2315)을 형성한다. 앞서 살펴본 바와 같이 상기 서브 노즐(231)이 가스공급원에 직접 연결되는 경우 상기 제1메인관(2137)의 일단은 상기 가스공급원에 연결된다.

상기 제1메인관(2136)에는 제1유로변환유닛(235)이 설치될 수 있다. 상기 제1유로변환유닛(235)은 상기 제1메인관(2136)을 통하는 유동화 가스가 상기 제1분기관(2312)과 상기 제3분기관(2314) 중 적어도 하나를 향하여 이동할 수 있도록 유동화 가스의 이동 경로를 변경한다. 즉, 상기 제1메인관(2136)을 통하는 유동화 가스는 상기 제1분기관(2312)과 상기 제3분기관(2314) 중 하나만을 통할 수도 있고, 상기 제1분기관(2312)과 상기 제3분기관(2314) 모두를 통할 수도 있다.

상기 제1메인관(2137)에는 제2유로변환유닛(236)이 설치될 수 있다. 상기 제2유로변환유닛(236)은 상기 제1메인관(2137)을 통하는 유동화 가스가 상기 제2분기관(2313)과 상기 제4분기관(2315) 중 적어도 하나를 향하여 이동할 수 있도록 유동화 가스의 이동 경로를 변경한다. 즉, 상기 제1메인관(2137)을 통하는 유동화 가스는 상기 제2분기관(2313)과 상기 제4분기관(2315) 중 하나만을 통할 수도 있고, 상기 제2분기관(2313)과 상기 제4분기관(2315) 모두를 통할 수도 있다.

상기 메인 가스공급유닛(22)과 상기 서브 가스공급유닛(23)은 상기 연소챔버(21) 내부에 유동화가스를 공급한다. 상기 메인 가스공급유닛(22)은 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)를 통해 상기 연소챔버(21) 내부에 유동화가스를 공급한다. 상기 연소챔버(21) 내부에서는 연료가 상기 메인 가스공급유닛(22)으로부터 분사되는 유동화 가스에 의해 연소가 촉진됨으로써 유동화된다. 이에 따라, 생성되는 연소 가스와 가열된 공기의 혼합물(이하, '배가스'로 칭함)은 대류 현상에 의해 상기 연소챔버(21) 내부에서 지붕(213) 방향 즉, 상측방향으로 상승하면서 상기 연소챔버(21) 내부에 존재하는 고체 입자들의 일부를 포획한 후에 상기 연소챔버(21)로부터 배출된다.

상기 배가스에 의해 포획되지 못한 고체 입자들은 상기 연소챔버(21)의 하부로 하강하게 된다. 이렇게 하강하는 고체 입자들은 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)에 쌓이게 된다. 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)에 쌓이는 고체 입자들은 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)를 통해 상기 연소챔버(21)로 공급될 유동화가스를 막을 수 있다. 결국, 상기 유동화가스의 공급이 차단되어 상기 연소챔버(21) 내에서 연료의 연소가 저하될 수 있다.

이에 따라, 상기 서브 가스공급유닛(23)이 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)를 향해 유동화가스를 공급한다. 이렇게 상기 서브 가스공급유닛(23)에 의해 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)를 향해 공급되는 유동화가스에 의해 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)에 쌓인 고체 입자들이 유동화가스와 함께 다시 상기 연소챔버(21) 내부를 유동하게 된다. 특히, 상기 서브 가스공급유닛(23)의 서브 노즐(231)은 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)보다 높은 위치에서 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)를 향해 유동화가스를 공급하게 된다. 상기 서브 노즐(231)이 위와 같은 방향으로 유동화가스를 공급하면 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)에 쌓인 고체 입자의 유동화 방향과 일치하게 유동화가스를 공급하게 되므로 고체 입자들의 유동을 촉진할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)의 대형화에 따라 상기 연소챔버(21)의 크기도 커지게 된다. 이렇게 상기 연소챔버(21)의 크기가 커짐에 따라 상기 바닥(214)의 넓이도 커지게 된다. 따라서, 상기 메인 가스공급유닛(22)만으로는 상기 바닥(214) 전체로 유동화가스를 공급하기 어려울 수 있다.

본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 서브 가스공급유닛(23)을 포함하여 상기 바닥(214)의 크기가 커지더라도 충분한 유동화가스를 공급하게 된다.

둘째, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)의 상기 바닥(214), 특히 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)에 고체 입자가 많이 쌓이게 되는 경우 상기 메인 가스공급유닛(22)만으로 이를 다시 유동화하기에 부족할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 고체 입자가 쉽게 유동화할 수 있는 방향으로 유동화가스를 공급하는 상기 서브 가스공급유닛(23)을 포함한다. 상기 서브 가스공급유닛(23)에 의해 상기 제1바닥부(2141) 및 상기 제2바닥부(2142)에 고체 입자가 많이 쌓이더라도 이를 용이하게 유동화시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1 내지 도 2를 참고하면, 상기 연소챔버(21)는 연료를 공급하기 위한 연료공급유닛(24)을 더 포함할 수 있다. 상기 연료공급유닛(24)은 상기 연소챔버(21) 내부에 화석 연료, 바이오매스 연료 등과 같은 고형 연료를 공급한다. 상기 연료공급유닛(24)은 고형 연료에 추가로 석회석 등과 같은 특정 흡착제를 상기 연소챔버(21) 내부에 공급할 수 있다. 상기 연료공급유닛(24)은 상기 고형 연료 및 상기 흡착제를 하나의 관로를 통해 상기 연소챔버(21)에 공급할 수 있다. 상기 연료공급유닛(24)은 상기 고형 연료 및 상기 흡착제를 별도의 관로들을 통해 상기 연소챔버(21)에 공급할 수도 있다.

상기 연료공급유닛(24)이 공급한 고형 연료는 상기 연소챔버(21)에 설치된 버너(미도시)에 의해 연소된다. 이 경우, 상기 연료공급유닛(24)이 공급한 고형 연료는 상기 메인 가스공급유닛(22)과 상기 서브 가스공급유닛(23)으로부터 분사되는 유동화 가스에 의해 연소가 촉진됨으로써 유동화된다. 상기 고형 연료가 연소됨에 따라 생성되는 배가스는 대류 현상에 의해 상기 연소챔버(21) 내부에서 상측방향으로 상승하면서 상기 연소챔버(21) 내부에 존재하는 고체 입자들의 일부를 포획한 후에 상기 연소챔버(21)로부터 배출된다. 상기 고체 입자들은 상기 고형 연료와 상기 흡착제를 포함할 수 있다. 상기 배가스는 상기 후방 벽(212)을 통해 상기 연소챔버(21)로부터 배출될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 분리기(3)는 상기 연결덕트(4)를 통해 상기 연소챔버(21)에 연결된다. 상기 분리기(3)는 상기 연소챔버(21)로부터 배출되어 상기 연결덕트(4)를 통해 공급되는 배가스 및 고체 입자들을 분리한다. 상기 분리기(3)는 배출덕트(31, 도 2에 도시됨)를 통해 가스 터빈(미도시)에 연결될 수 있다. 상기 분리기(3)에 의해 고체 입자들로부터 분리된 배가스는, 상기 배출덕트(31)를 통해 상기 가스 터빈으로 공급된다. 상기 분리기(3)에 의해 고체 입자들로부터 분리된 배가스는, 상기 배출덕트(31)를 통해 배출된 후에 열 회수부(미도시)를 거쳐 상기 가스 터빈으로 공급될 수도 있다.

상기 분리기(3)는 상기 연소챔버(21)로부터 배출되어 상기 연결덕트(4)를 통해 공급되는 배가스 및 고체 입자들을 분리하기 위한 와류(Vortex)를 형성한다. 이에 따라, 상기 분리기(3)는 원심력을 이용하여 상기 연결덕트(4)로부터 공급되는 배가스 및 고체 입자들을 분리할 수 있다. 상기 배가스 및 고체 입자들은, 상기 분리기(3) 내부에서 상기 와류에 의해 상기 배출덕트(31)를 중심으로 회전하면서 원심력에 의해 서로 분리될 수 있다. 상기 분리기(3)에서 상기 배가스 및 고체 입자들을 분리하기 위한 와류는 상기 배출덕트(31)를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향의 회전방향을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 분리기(3)는 배가스 및 고체 입자들이 분리되는 작업이 이루어지는 분리부(32, 도 2에 도시됨)를 포함할 수 있다. 상기 분리부(32)에는 상기 연결덕트(4) 및 상기 배출덕트(31)가 연결된다. 상기 분리부(32)는 내면이 수평 단면을 기준으로 곡면을 이루도록 형성될 수 있다. 상기 분리부(32)의 내면이 수평 단면을 기준으로 다각형으로 형성되는 경우, 배가스 및 고체 입자들을 분리하기 위한 와류의 형성을 방해할 수 있기 때문이다. 상기 분리부(32)는 외면이 수평 단면을 기준으로 곡면 또는 다각형 형태로 형성될 수 있다. 상기 분리부(32)가 다각형의 판재가 서로 결합되어 다각형 형태로 형성되는 경우, 상기 분리부(32)는 외면이 수평 단면을 기준으로 다각형 형태로 형성되고, 내면이 수평 단면을 기준으로 내화재(Refractory Material)에 의해 곡면을 이루도록 형성될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 연결덕트(4)는 상기 연소챔버(21)와 상기 분리기(3)를 연결한다. 상기 연결덕트(4)는 상기 연소챔버(21)에서 상기 분리기(3)를 향하는 제1축방향(X축 방향)으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기 연소챔버(21)로부터 배출되는 배가스 및 고체 입자들은 상기 연결덕트(4)를 따라 이동하여 상기 분리기(3)로 공급될 수 있다. 상기 연결덕트(4)는 전체적으로 직방체 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연소챔버(21)로부터 배출되는 배가스 및 고체 입자들이 이동하기 위한 유로를 제공할 수 있는 형태이면 원통 형태 등 다른 형태로 형성될 수도 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 분리기(3)에 연결되는 리턴 덕트(5), 및 상기 리턴 덕트(5)로부터 공급되는 고체 입자들로부터 열을 흡수하여 열 교환을 수행하는 열교환부(6)를 포함한다.

상기 리턴 덕트(5)는 상기 분리기(3) 및 상기 열교환부(6)를 연결한다. 상기 분리부(32)는 상기 배출덕트(31) 및 상기 리턴 덕트(5) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 분리기(3)에 의해 배가스로부터 분리된 고체 입자들은 중력에 의해 하측으로 떨어짐에 따라 상기 분리기(3)로부터 배출됨으로써, 상기 리턴 덕트(4)로 공급된다. 그 후 상기 리턴 덕트(4)로 공급된 고체 입자들은, 상기 리턴 덕트(4)를 통과하여 상기 열교환부(6)로 공급된다. 상기 리턴 덕트(5)로부터 배출되는 고체 입자들은 상기 열교환부(6)를 거쳐 다시 상기 연소챔버(21)로 공급된다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 열교환부(6)는 상기 분리기(3)에 연결되는 열교환챔버(61, 도 2에 도시됨), 및 상기 열교환챔버(61)에 설치되는 열교환튜브(62, 도 2에 도시됨)를 포함할 수 있다.

상기 열교환챔버(61)는 상기 리턴 덕트(5)를 통해 상기 분리기(3)에 연결된다. 상기 분리기(3)에서 배가스로부터 분리된 고체 입자들은 상기 리턴 덕트(5)를 통과하여 상기 열교환챔버(61)로 공급된다. 상기 열교환챔버(61)에서는 상기 열교환튜브(62)를 따라 이동하는 열교환매체가 상기 리턴 덕트(5)로부터 공급되는 고체 입자들이 갖는 열을 흡수하는 열 교환이 수행된다. 상기 열교환챔버(61)는 내부가 비어 있는 직방체 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 열 교환이 수행되는 공간을 제공할 수 있는 형태이면 다른 형태로 형성될 수도 있다.

상기 열교환튜브(62)는 상기 열교환챔버(61)에 설치된다. 상기 열교환튜브(62)는 상기 열교환챔버(61)로 공급되는 고체 입자들로부터 열을 흡수함으로써 상기 열 교환을 수행한다. 상기 열교환튜브(62) 내부에는 상기 열교환매체가 이동한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 열교환부(6)는 상기 열교환챔버(61)와 상기 연소챔버(21)의 유입구(21a)를 연결하는 복귀 덕트(63)를 포함할 수 있다.

상기 복귀 덕트(63)는 상기 열교환튜브(62)의 하측에 위치되게 상기 열교환챔버(61)에 결합된다. 이에 따라, 상기 열교환챔버(61)에 공급되어 상기 열교환튜브(62)를 거친 고체 입자들은 상기 복귀 덕트(63) 및 상기 유입구(21a)를 통해 상기 연소챔버(21)로 복귀된다. 상기 복귀 덕트(63)는 고체 입자들이 이동할 수 있는 유로를 제공할 수 있도록 내부가 비어 있는 원통 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 복귀 덕트(63)는 파이프일 수 있다.

도 1 내지 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 연소챔버(21)에 결합되는 바닥재배출부(7)를 더 포함할 수 있다.

상기 바닥재배출부(7)는 상기 바닥(214)에 연결되게 상기 연소챔버(21)에 결합될 수 있다. 상기 바닥(214)에 의해 상기 연소챔버(21)로부터 배출되는 바닥재는, 상기 바닥재배출부(7)로 이동한다. 상기 바닥재배출부(7)는 상기 연소챔버(21)로부터 배출되는 바닥재를 냉각하여 외부로 배출한다. 상기 바닥재배출부(7)는 상기 바닥재를 냉각하는 과정에서 가열된 공기 및 상기 바닥재로부터 분리된 고체 입자를 상기 연소챔버(21)로 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러(1)는 상기 바닥재배출부(7)로부터 상기 연소챔버(21)로 공급되는 가열된 공기 및 상기 바닥재로부터 분리된 고체 입자가 상기 연소챔버(21) 내부에서 이루어지는 연료 연소 및 열전달을 돕도록 구현됨으로써, 상기 연소챔버(21) 내부에서 이루어지는 연료 연소 및 연절달에 대한 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

1 : 순환 유동층 보일러
2 : 연소로 21 : 연소챔버
22 : 메인가스공급유닛 23 : 서브 가스공급유닛
24 : 연료공급유닛
211 : 전방 벽 212 : 후방 벽
213 : 지붕 214 : 바닥
2141 : 제1바닥부 2142 : 제2바닥부
215: 제1돌출벽 216 : 제2돌출벽
3 : 분리기 4 : 연결덕트
5 : 리턴 덕트 6 : 열교환부

Claims (4)

1. 바닥, 상기 바닥에서 돌출되는 제1돌출벽 및 제2돌출벽을 포함하고, 연료를 연소하는 작업이 이루어지는 연소챔버;
   상기 바닥을 통해 상기 연소챔버 내부로 유동화 가스를 공급하기 위한 메인 가스공급유닛; 및
   상기 제1돌출벽 및 상기 제2돌출벽을 관통하여 형성되며, 상기 연소챔버 내부로 유동화 가스를 공급하기 위한 복수개의 서브 노즐을 포함하고,
   상기 서브 노즐은 메인관과, 상기 메인관에서 상기 제1돌출벽을 향해 연장되는 제1분기관, 상기 2돌출벽을 향해 연장되는 제2분기관을 포함하고,
   상기 제1분기관과 상기 제2분기관은 상기 바닥을 향해 유동화 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러용 연소로.
2. 제1항에 있어서, 상기 서브 노즐은,
   상기 메인관에서 상기 제1돌출벽을 향해 연장되며, 상기 제1분기관의 하측에 위치하는 제3분기관; 및
   상기 메인관에서 상기 제2돌출벽을 향해 연장되며, 상기 제2분기관의 하측에 위치하는 제4분기관을 더 포함하고,
   상기 제3분기관과 상기 제4분기관은 상기 바닥을 향해 유동화 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러용 연소로.
3. 제1항에 있어서,
   상기 메인관에 설치되어 상기 메인관을 지나는 유동화 가스가 상기 제1분기관과 상기 제2분기관 중 적어도 하나를 지나게 하는 유로변경유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러용 연소로.
4. 유동화된 연료가 연소되는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 연소로;
   상기 연소로에 연결되고, 상기 유동화된 연료의 연소에 의해 발생되는 배가스로부터 고체 입자들을 분리하는 분리기; 및
   상기 연소로와 상기 분리기를 연결하는 연결덕트를 포함하는 순환 유동층 보일러.

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