KR20150052300A

KR20150052300A - 자연순환 간접식 연기 재가열기

Info

Publication number: KR20150052300A
Application number: KR1020157008908A
Authority: KR
Inventors: 슈에루에 치안
Original assignee: 상하이 푸보 이피 이큅프먼트 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2015-05-13
Also published as: JP5898382B2; JP2015535919A; DE112013004744T5; KR101668969B1; DE112013004744B4; US9291348B2; US20150198330A1; WO2014048089A1

Abstract

본 발명은 일종 자연순환 간접식 연기 재가열기를 제공하는바 연도 내에 설치되는 흡열구와 제1방열구, 연도 밖에 설치되어 응축수를 가열하는 제2방열구 및 컨트롤 시스템을 포함한다. 흡열구는 탈황 타워 앞쪽의 고온 연도에 설치되고, 제1방열구는 탈황 타워 뒤쪽의 저온 연도에 설치되며, 제1방열구, 제2방열구는 각각 순환 튜브를 통하여 흡열구와 서로 연결된다. 순환 튜브 내에는 열전도 매개체가 설치된다. 제2방열구로 들어가는 응축수 도관 위에는 유량 조절 밸브가 설치되고, 제1방열구와 흡열구에는 모두 온도 센서가 설치되며, 유량 조절밸브, 온도 센서는 모두 컨트롤 시스템과 서로 연결된다. 본 발명은 회수 탈황 전 연기 열량으로 탈황 후 순연기에 대한 가열을 하는바 이는 전통 GGH의 탈황 전 연기와 탈황 후 순연기의 열교환 방식으로 탈황 후 순연기를 직접 가열하는 방식이 아니어서 기존의 GGH 시스템의 부식, 누출 등 문제를 해결하고 전통 GGH 시스템의 불안정성을 해결하였다.

Description

자연순환 간접식 연기 재가열기{NATURAL CIRCULATION INDIRECT TYPE FLUE GAS REHEATER}

본 발명은 습식 탈황 후 순연기 재가열 영역에 관한 것으로서, 특히 일종의 자연순환 간접식 연기 재가열기에 관한 것이다.

보일러의 연기중에는 이산화유황이 함유되어 직접 배출시 산성비를 형성하여 환경을 심하게 오염시킨다. 또한, 화력발전소 이산화유황 업무는 광범위한 주의를 불러 일으키고 있는바 국내(중국) 발전소마다 모두 효율적인 장치를 설치하여 이산화유황 제거 작업을 벌이고 있다. 국내에서 현재 제일 많이 사용하는 탈황방식은 연기 습식 탈황으로 특히 석회석(또는 석회)-석고습식 탈황이다. 석회석(또는 석회)-석고습식 탈황은 석회석(또는 석회)을 흡수제로 하여 연기중의 이산화유황을 흡수한 후 아황산칼슘을 형성하고, 다시 주입된 공기와 산화 반응을 일으킨 후 마지막에 석고를 생성, 이로써 이산화유황을 제거하여 연기를 정화하는 목적에 이른다. 전반 반응과정은 모두 탈황 흡수 타워 내에서 완성되고 반응온도는 일반적으로 50℃ 좌우이다.

석회석(또는 석회)-석고습식 탈황 시스템 중 상설 가스-가스 열교환기(GGH라 약칭), 가스-가스 열교환기의 구체 역할은: 하나는 탈황 타워에 진입한 연기 열량을 흡수하여 탈황 타워의 연기 온도를 낮추고 탈황 타워의 운행 상황을 최적화하는 것이고, 다른 하나는 흡수한 연기 열량으로 탈황 흡수 타워 뒤쪽의 순연기를 가열하여 배연 온도(일반적으로 80℃ 이상)를 높여 연도와 연통의 저온 습식 연기로 인한 부식을 감소시킴과 동시에 연통 출구를 빠져나오는 연기를 충분하게 상승시켜 주위 대기의 환경 품질을 보장하는 것이다.

현재 시중에서 응용되는 GGH장치 절차는 도 1과 같이 탈황 타워(1)로 들어가기 전의 연기와 탈황 타워에 들어 간 후의 순연기는 로빈슨 열교환기(4)를 통해 직접 열교환을 하고, 흡열 후의 연기는 연통(5)에 들어가고, 고온 연도(2)와 저온 연도(3)（순연기 연도)는 수직으로 평행 설치된다. 종래의 GGH운행 과정에서 로빈슨 열교환기 구조의 제한성으로 말미암아 그 밀봉 성능이 떨어지고 운행 과정에서 누출로 인한 이산화유황 누출을 초래함으로서 탈황 효율을 떨어뜨리어 배출이 기준에 미달하는 결과로 이어진다. 로빈슨 열교환기 구조는 도 2를 참고한다. 또 다른 방면으로 상술한 연기에는 이산화 유황을 함유하였기에 연기 중의 수증기는 연기 온도가 소정 온도보다 낮을 경우 유산을 형성하여 설비를 부식시킨다. 때문에 탈황 흡수 타워 상류측의 강온 열교환기 또는 하류측의 가열기와는 무관하게 모두 부식 문제를 노출한다. 또한 GGH를 설치한 후 GGH 부품의 부식과 열교환 소자의 막힘 현상 때문에 습식 탈황 시스템의 가용율을 낮추고 GGH의 유지보호 비용을 증가시키게 된다. 따라서 일부 습식 탈황 시스템은 아예 GGH 설치를 포기하고 직접 습식 연통 운행을 택하지만 이로 인해 안개와 흰 연기가 나타나는 문제를 발생한다.

일본의 저온 전기 집진 기술 역시 일정한 정도에서 탈황 후 습식 연통 문제를 해결하였는바 시스템은 "열회수기+전기 집진기+재가열기" 3부분으로 구성되었다. 열회수기(MGGH-H/E)는 공기 예열기와 전기 집진기 입구에 설치되고, 재가열기(MGGH-R/E)는 습식 탈황 후 연통 사이의 연도에 설치된다. 이 기술의 작동 원리는 열매개물(일반적으로 물 매개체)을 적용하여 연기는 열회수기, 재가열기를 통해 열교환을 한 후 전기 집진기 운행 온도를 통상적인 저온 상태(130～140℃)로부터 낮은 저온 상태(90～100℃)로 낮추고, 탈황 후의 연기 온도를 통상적인 50℃ 에서 90℃ 정도로 높임으로써 연기 여열은 소모 감소를 통해 집진과 탈황 효율을 높이고, 탈황 용수를 절약하며, 전기 집진기 하류 설비의 부식 등 문제를 해결하였다. 하지만 이 기술의 열매개물은 시스템에서 운행하려면 펌프로 전송해야 하므로 대량의 에너지를 소모하면서 시스템 운행을 보조해야 하므로 운행 원가를 크게 높일 수 있다.

중국 특허 ZL200610169891.9에서 공개한 일종의 증발 냉각 연기 가열기도 역시 일종의 전통 GGH 열교환기를 대체한 것으로 기존의 연기 열교환기와 순연기 열교환기를 증기실을 통해 서로 연결시키고, 진공 펌프를 사용하여 열교환기 내부 압력을 통제하여 벽면 온도를 조절한다. 하지만 기존의 연기 열교환 도관과 순연기 열교환 도관은 직접 증기실을 통해 연결되고, 매개체의 순환이 순조롭지 못한데다가 진공 펌프로 벽면 온도를 통제해야 하기에 실제 실시 과정에서 압력센서 측정이 정확하지 못함으로 인해 컨트롤 시스템이 효율적으로 작동할 수 없는 등 전반 시스템의 불안정을 유발하는 문제점이 있다.

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상술한 기존의 기술에 존재하는 단점에 비추어, 본 발명의 목적은 일종 자연순환 간접식 연기 재가열기를 제공하는 것으로 이 기술은 산소노출 부식을 피하고 탈황 효율에 영향을 주지 않는 전제하여 탈황 후의 순연기 가열은 물론, 동력 설비를 추가하지 않고서도 기존의 기술에 존재하는 상술한 문제를 해결할 수 있다.

상기 목적 및 기타 관련 목적을 실현하기 위해 본 발명에서 일종 자연순환 간접식 연기 재가열기를 제공하는바, 여기에는 연도 내에 설치되는 흡열구와 제1방열구, 연도 밖 가열 응축수에 설치되는 제2방열구 및 컨트롤 시스템을 포함한다. 상술한 흡열구는 탈황 타워 앞쪽의 고온 연도에 설치되고, 상술한 제1방열구는 탈황 타워 뒤쪽의 저온 연도에 설치되며, 상술한 제1방열구, 제2방열구는 각각 순환 튜브를 통해 흡열구와 서로 연결되고, 상술한 순환 튜브 내에는 열전도 매개체가 설치된다. 상술한 제2방열구로 들어가는 응축수 도관에는 유량 조절밸브가 설치되고, 상술한 제1방열구간과 흡열구간에는 모두 온도 센서가 설치되고, 상술한 유량 조절밸브, 온도 센서는 모두 컨트롤 시스템과 서로 연결된다.

바람직하게는, 상술한 열전도 매개체는 산소제거수이다.

바람직하게는, 상술한 제2방열구, 제1방열구와 흡열구는 수직방향에 따라 순서별로 상하로 배열되어 설치된다.

바람직하게는, 상술한 고온 연도와 저온 연도는 수평방향으로 수평으로 설치된다.

바람직하게는, 상술한 흡열구의 벽면 온도는 산 노출점 온도 이하에서 20℃ 이상이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 자연순환 간접식 연기 재가열기는 아래의 유익한 효과가 있다: 탈황 전 연기 열량을 적용하여 탈황 후 순연기에 대한 간접 가열을 하는데 이는 종래의 GGH에서 직접 탈황 전 연기와 탈황 후 순연기의 열교환 방식을 사용하여 탈황 후 순연기를 가열하는 방식과는 다르기에 기존의 GGH 시스템의 부식, 누출 등 문제를 해결하고 종래의 GGH 시스템의 불안정성을 개선하였다. 동시에 진일보로 연기 여열을 심도 있게 회수하고, 탈황 타워 입구 연기온도를 낮추어 탈황 시스템의 절전 절수 효과를 실현할 수 있음은 물론, 일본의 저온 전기 집진 기술과도 다르다. 본 간접식 연기 재가열기에서의 열전도 매개체의 자연순환은 동력 설비를 추가하지 않고서도 바로 고온 연기와 저온 연기의 간접 열교환을 실현할 수 있고, 컨트롤 시스템 역시 합리하고 효율적이다. 본 발명에서의 컨트롤 시스템은 온도 센서에서 제공하는 신호와 결부되어 제2방열구로 들어가는 응축수 유량을 통제하고, 이를 통해 흡열구의 벽면 온도와 제1방열구의 출구 순연기 온도를 제어함으로써 벽면 온도와 연기 온도 제어목적을 실현할 수 있을뿐더러 잔여 열량에 대한 효율적인 회수 이용도 가능하다.

도 1은 종래기술에 따른 GGH절차 표시도.
도 2는 로빈슨 열교환기 표시도이다.
도 3은 본 발명의 자연순환 간접식 연기 재가열기 표시도이다.
도 4는 본 발명의 자연순환 간접식 연기 재가열기 실시예 절차 표시도이다.

아래 특정된 구체 실시예에서 본 발명의 실시 방식을 설명하기로 한다. 이 기술에 숙련된 사람이라면 본 명세서에서 설명한 내용을 통해 본 발명의 기타 장점 및 효력에 대해 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1 내지 도 4를 참고하면 알 수 있듯이 본 명세서의 첨부도면에 표시된 구조, 비율, 크기 등은 모두 설명에 이롭게 하기 위한 보조 내용으로 당업자의 참고용으로 제공할 뿐이며 본 발명의 실시가능한 한정 조건을 제한하는 것이 아니다. 따라서 기술상 실제 의미를 지니지 아니하고 임의의 구조 장식, 비율 관계 변경 또는 크기 조절시 본 발명으로 발생하는 효력 및 도달하는 목적에 영향이 없으며 모두 본 발명에서 설명한 기술 내용의 청구범위 내에 귀속되어야 한다. 동시에 본 명세서에서 인용하는 "상", "하", "좌", "우", "중간" 및 "하나" 등 용어는 단지 기술상 편리를 위한 것으로 본 발명의 실시 범위를 한정하거나 그 상대 관계에 대한 변경이나 조절이 아니며 실질적 변경 기술 내용이 없는 상황에서 본 발명의 실시가능한 범주로 간주할 수 있다.

도 3 및 도 4와 같이 본 발명은 일종 자연순환 간접식 연기 재가열기를 제공하는바, 여기에는 연도 내에 설치되는 흡열구(6)과 제1방열구(7), 연도 밖 가열 응축수에 설치되는 제2방열구(8) 및 컨트롤 시스템(12)을 포함한다. 흡열구(6)는 탈황 타워(1) 앞쪽의 고온 연도(2)에 설치되고, 제1방열구(7)은 탈황 타워(1) 뒤쪽의 저온 연도(3)에 설치되며, 제1방열구(7), 제2방열구(8)는 각각 순환 튜브(9, 10)를 통해 흡열구(6)와 서로 연결되고, 순환 튜브 내에는 열전도 매개체가 설치된다. 제2방열구(8)로 들어가는 응축수 도관(13)에는 유량 조절밸브(11)가 설치되고, 제1방열구(7)과 흡열구(6)에는 모두 온도 센서(14)가 설치되고, 유량 조절밸브(11), 온도 센서(14)는 모두 컨트롤 시스템(12)과 서로 연결된다. 본 발명은 탈황 전 연기의 여열을 이용하여 탈황 후의 순연기에 대한 간접 가열을 하여 탈황 후 연기온도가 너무 낮아 안개와 흰 연기가 나타나는 등 문제를 방지함과 동시에 탈황 타워 입구 연기온도를 효율적으로 낮추어 탈황 타워 절전 절수 효과를 얻을 수 있다. 동시에 본 발명의 흡열구와 방열구간은 순환 튜브를 통해 직접 연결되고, 순환 튜브 내 열전도 매개체는 자유로이 유동하며, 동력 설비를 따로 추가할 필요가 없다. 또한 컨트롤 시스템 제2방열구의 방열량 조절을 통해 흡열구의 흡열량을 조절하여 설비의 산성 노출로 인한 부식을 방지하고, 컨트롤 시스템의 응용에서 더욱 정확하게 연기 흡입 온도를 제어할 수 있도록 보장하여 벽면온도와 연기 온도를 제어하는 목적에 이를 수 있을뿐더러 잔여 열량에 대한 효율적인 회수 이용이 가능하다.

상술한 응축수 도관은 보일러 보급수 시스템 중의 응축수 수송도관일 수 있다. 따라서 상술한 컨트롤 시스템(12)은 제2방열구(8)의 방열량을 조절하는 것을 통하여 벽면 온도와 연기 온도를 제어하는 목적에 이를 수 있고, 제2방열구(8)는 제어과정에서 동시에 부분 열량을 흡수하는데, 이 부분 열량은 응축수 가열에 사용되어 보일러 보급수 온도를 높이는데 사용되어 열량의 효율적인 이용이 가능해진다.

순환튜브 내에서의 열전도 매개체의 자유 순환을 더 잘 완성하기 이해 도 4와 같이 상술한 탈황 타워(1) 앞쪽의 고온 연도(2)와 탈황 타워 뒤쪽의 저온 연도(3)를 수평방향으로 평행 설치할 수 있는데 이렇게 하면 상술한 제2방열구(8), 제1방열구(7)와 흡열구(6)가 수직방향으로 순차적으로 상하로 배열 설치가 가능해진다. 이와 같이 수직 방향으로 설치하면 자체 중량하에서의 열전도 매개체가 더 잘 순환하게 할 수 있다. 바람직하게는 상술한 열전도 매개체는 산소제거수이다.

상술한 순환 튜브(9, 10)는 흡열구(6)와 제1방열구(7), 제2방열구(8)를 연결한 상승 도관과 하강 도관으로 구성된다.

본 발명은 전통 GGH기술과 비교하여 3가지 기술 우세가 있다. 1) 본 발명은 회수 탈황 전 연기 여열에 착안점을 두어 탈황 후의 순연기에 대한 간접 가열을 함으로써 전통 GGH기술에서 나타나는 누출, 부식 등 문제를 피하였다. 2) 저온 산성 노출 부식에 대한 진일보 연구를 통하여 본 간접식 연기 재가열기 벽면 온도는 연기의 산 노출점 온도에 비해 더 낮은 온도 수준을 허용한다. 더 상세히 말하면 전통 GGH기술을 적용할 경우 탈황 타워 연기 온도는 일반적으로 산 노출점 온도 이상을 유지하지만 본 발명에서 제공하는 기술을 사용하면 뒤쪽 간접식 연기 재가열기의 벽면 온도를 산 이슬점 이하의 20℃ 로 엄격히 통제할 수 있다. 즉, 통상적으로 "제1 안전구" 내에서 이는 최소한 연기 20℃ 강온과 상대적으로 대응하는 여열을 이용할 수 있다. 3) 본 발명은 간접식 연기 열교환을 거쳐 탈황 타워로 들어가는 연기 온도를 낮추어 탈황 시스템의 절전 절수 효과를 높일 수 있다.

본 발명의 자연순환 간접식 연기 재가열기 작동원리는 아래와 같다:

집진기로부터 배출되는 고온의 연기는 고온 연도(2)를 통해 간접식 연기 재가열기의 흡열구(6)로 들어가고, 흡열구(6)의 부분 열량 배출을 거쳐 탈황 타워(1)로 들어가고, 탈황 타워(1)에서 반응을 한 후 저온 연도(3)를 통해 제1방열구(7)로 들어가고, 제1방열구(7)를 거쳐 가열된 후 연통(5)으로 들어가고, 연통(5)을 통해 배출된다.

연기가 차례로 간접식 연기 재가열기의 흡열구(6)과 제1방열구(7)에 의해 유도될 때 간접식 연기 재가열기의 간접 열교환은 GGH의 로빈슨 열교환기의 직접 열교환과 비교하면 간접식 열교환은 누출이 없는 특성이 있고, 본 발명중 간접식 연기 재가열기 벽면 온도는 고정성을 유지할 수 있는 외에 벽면 온도와 연기 온도는 단지 작은 범위의 하강만 있을뿐이다. 간접식 연기 재가열기의 흡열구 벽면 온도가 산 노출점 온도 이하의 20℃ 이상(제1안전구)이면 배연 온도는 간접식 연기 재가열기 흡열구의 벽면 온도보다 15℃ 좌우만 높아질 뿐이다. 이와 함께 탈황 후의 순연기는 간접식 연기 열교환기의 방열구간을 경과할 때 벽면 온도는 고정상태를 유지한다.

연기가 흡열구(6)를 경과할 때 흡열구 중의 열전도 매개체에 열량을 방출하고, 열전도 매개체는 일반적으로 산소제거수이다. 열전도 매개체가 열량을 흡수한후 밀도 차이 때문에 발생하는 상승력은 순환 튜브(9, 10) 중의 상승도관을 통해 제1방열구(7)와 제2방열구(8)에 들어가고, 제1방열구(7)와 제2방열구(8)에서 열량을 방출한 후 순환 튜브(9, 10) 중의 하강 도관을 통해 흡열구(6)로 돌아온다. 이처럼 한차례 순환이 완성되고 전반 순환 과정에서 외부 동력이 필요 없이 열전도 매개체의 순환은 자연순환을 유지한다. 제1방열구(7)에서 탈황 타워로부터 나온 순연기는 열전도 매개체에 의해 가열되고, 다음으로 연통으로 들어가 순조롭게 배출된다. 제1방열구(7)와 흡열구(6)에는 모두 온도 센서(14)가 설치되고, 온도 센서는 신호를 컨트롤 시스템(12)에 전달한다. 온도가 설정치보다 낮을 경우 컨트롤 시스템(12)은 유량 조절밸브(11)를 제어하여 열림 정도를 작게 함으로써 제2방열구(8)로 들어가는 응축수 양을 감소하고, 제1방열구(7)과 흡열구(6)의 벽면 온도를 상승시킨다. 컨트롤 시스템(11)은 벽면 온도를 시종 합리한 값의 범위로 유지하여 흡열구의 벽면 온도가 산 노출점 온도 이하의 20℃ 이상을 유지하게 함으로써 벽면의 엄중한 부식현상을 방지한다.

본 발명의 자연순환 간접식 연기 재가열기는 단독으로 사용할 수 있고 병렬 연결방식으로 사용할 수도 있다.

상기 내용을 종합하면 본 발명의 자연순환 간접식 연기 재가열기는 탈황 전 연기의 여열을 이용하여 탈황 후의 순연기에 대한 간접 가열을 하여 탈황 후 연기온도가 너무 낮아 안개와 흰 연기가 나타나는 등 문제를 방지함과 동시에 탈황 타워 입구 연기온도를 효율적으로 낮추어 탈황 타워 절전 절수 효과를 얻을 수 있다. 동시에 본 발명의 흡열구와 방열구간은 순환 튜브를 통해 직접 연결되고, 순환 튜브 내 열전도 매개체는 자유로이 유동하며, 동력 설비를 따로 추가할 필요가 없다. 또한 컨트롤 시스템 제2방열구의 방열량 조절을 통해 흡열구의 흡열량을 조절하여 설비의 산성 노출로 인한 부식을 방지하고, 컨트롤 시스템의 응용에서 더욱 정확하게 연기 흡입 온도를 제어할 수 있도록 보장하여 벽면온도와 연기 온도를 제어하는 목적에 이를 수 있을뿐더러 잔여 열량에 대한 효율적인 회수 이용이 가능하다. 따라서 본 발명은 기존의 기술에서 나타나는 여러 가지 단점을 효율적으로 극복하였고 높은 산업 이용 가치가 있다.

상술한 실시 예는 단지 예시 방식으로 본 발명의 원리 및 그 효능에 대한 설명으로 본 발명을 제한하는데 적용하는 것이 아니다. 임의의 이 기술에 숙련된 자라면 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 아니하는 전제하에 상기 실시예에 대한 수정이나 변경을 할 수 있다. 따라서 당 기술영역에서 통상적인 기술을 가진 자가 본 발명에서 설명한 정신과 기술 사상에서 완성한 모든 수정이나 변경은 여전히 본 발명의 권리요구에 포함된다.

1: 탈황 타워 2: 고온 연도
3: 저온 연도 4: 로빈슨 열교환기
5: 연통 6: 흡열구
7: 제 1방열구 8: 제2 방열구
9, 10: 순환 튜브 11: 유량 조절밸브
12: 컨트롤 시스템 13: 응축수 도관
14: 온도 센서

Claims

자연순환 간접식 연기 재가열기로서,
연도 내에 설치되는 흡열구(6)과 제1방열구(7); 및
연도 밖 가열 응축수에 설치되는 제2방열구(8) 및 컨트롤 시스템(12)를 포함하며,
상기 흡열구(6)는 탈황 타워 앞쪽의 고온 연도(2)에 설치되고,
상기 제1방열구(7)는 탈황 타워 뒤쪽의 저온 연도(3)에 설치되며,
상기 제1방열구(7)와 제2방열구(8)는 각각 순환 튜브(9, 10)로 흡열구(6)와 서로 연결되며,
상기 순환 튜브(9, 10) 내에는 열전도 매개체가 설치되며,
상기 순환 튜브(9, 10)는 흡열구(6)와 제1방열구(7) 및 제2방열구(8)와 연결된 상승 도관과 하강 도관으로 구성되고, 상기 상승 도관과 하강 도관은 연도 밖에 설치되며,
상기 제2방열구로 들어가는 응축수 도관(13)에는 유량 조절밸브(11)가 설치되고,
상기 제1방열구(7)과 흡열구(6)에는 모두 온도 센서(14)가 설치되고,
상기 유량 조절밸브(11), 온도 센서(14)는 모두 컨트롤 시스템(12)와 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 자연순환 간접식 연기 재가열기.
제1항에 있어서,
상기 열전도 매개체는 산소제거수인 것을 특징으로 하는 자연순환 간접식 연기 재가열기.
제1항에 있어서,
상기 제2방열구(8), 제1방열구(7), 및 흡열구(6)는 수직 방향으로 차례로 상하로 배열되어 설치되는 것을 특징으로 하는 자연순환 간접식 연기 재가열기.
제1항에 있어서,
상기 고온 연도（2）와 저온 연도（3）은 수평방향으로 평행 설치되는 것을 특징으로 하는 자연순환 간접식 연기 재가열기.
제1항에 있어서,
상기 흡열구（6）의 벽면 온도는 최저로 산 노출점 이하인 20℃ 이상인 것을 특징으로 하는 자연순환 간접식 연기 재가열기.