KR20180000380A

KR20180000380A - 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러, 및 그 작동방법

Info

Publication number: KR20180000380A
Application number: KR1020160078035A
Authority: KR
Inventors: 배달희; 선도원; 류호정; 조성호; 이동호; 이승용; 이효진; 문종호; 박영철; 진경태; 박재현; 이창근
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2018-01-03
Also published as: KR101867160B1

Abstract

본 발명은 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러, 및 그 작동방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 고형연료를 연소하여 연소 배가스를 생성하는 유동층연소로에서 토출되는 연소 배가스의 열을 회수하기 위한 대류 전열부에 있어서, 급수펌프에 의해 공급되는 급수가 유동되며, 상기 연소 배가스의 열을 흡수하여 예열되는 제1절탄기; 상기 제1절탄기의 전류측 구비되어, 스팀드럼에서 공급되는 스팀이 유동되며 상기 연소배가스에 의해 가열되는 과열기; 및 상기 과열기의 전류측에 구비되며, 상기 제1절탄기에서 토출된 상기 급수가 유동되어, 상기 과열기를 통과하기 전의 상기 연소 배가스를 냉각하는 제2절탄기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부에 관한 것이다.

Description

고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러, 및 그 작동방법{Circulating fluidized bed combustion boiler for solid refused fuel with tube corrosion prevent and clinkers reduction fuction}

본 발명은 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러, 및 그 작동방법에 대한 것이다.

국내에 도입되어 가동 중이거나 검토 중인 고형연료(SRF: Solid Refused Fuel) 연소 기술에는 스토커 방식, 유동층, 플라즈마 소각 방식과 용융소각 방식 등이 있다. 이러한 소각 방식은 폐기물의 유해성 여부에 상관없이 일괄처리 공정으로 진행되고 안전성확보를 위한 처리비용 발생으로 운전비가 높은 단점이 있다.

일부 연구기관이나 학교 등에서 공정개발 연구를 수행하고 있으나 아직은 소각 장치의 설계와 운전, 대형화 기술에 있어서 실증과 기술검증이 필요한 상황이다.

고형연료(SRF: Solid Refused Fuel) 제조환경에서 염소성분이 과다해질 경우 연료 사용량에 제한을 받아 고온 스팀 회수가 어려워질 가능성이 있으며, 설비의 특성상 산업지역이나 인구밀집지역 설치시 제약을 받게 된다.

특허 2002-0066539 호 '폐기물 고형연료 소각장치를 이용한 온수 및 온풍공급시스템(2002.08.19)'의 경우 고정층에서 1차연소실과 2차연소실을 갖는 온수 및 난방용 열공급을 하며, 공해방지시설을 갖추지 않은 단순한 소형시스템이고, 고정층에서 1차 연소실과 2차 연소실을 가지며 온수 및 난방용 열을 공급하는 공해방지시설이 갖춰지지 않은 단순한 소형 시스템이다.

특허 2002-0061283 호 '고형연료용 소각 보일러(2002.07.24)'의 경우 케이스의 내측면에 단열벽돌을 설치하고 에어노즐이 구비된 냉각관, 로내의 바닥 및 벽에 열교환기를 설치하여 소규모 온수의 공급 혹은 난방을 목적으로 하는 공해방지시설이 갖춰지지 않은 단순한 소형 시스템이다.

또한, 기존의 고형연료용 순환 유동층 보일러는 연소로에서 연소한 가스가 사이클론을 통하여 비교적 온도가 불균일한 상태로 상부에서 직접 과열기(슈퍼히터)를 통하고 절탄기와 공기예열기를 통하여 배기되는 구조로 이는 온도가 불균일한 상태 즉 온도 편차 및 유해성분이 비교적 많은 상태의 연소가스가 본 순환 유동층 보일러의 핵심부품인 과열기에 직접 작용을 함으로서 열교환 장치인 과열기의 튜브를 손상시키는 원인이 되어 보일러의 수명이나, 열전달의 효용 면에서도 매우 불리한 문제점을 안고 있었다.

따라서 불 안정한 연소 배가스가 직접 과열기에 직접 닿지 않도록 하면서 유해가스가 저감된 상태에서 고온 열교환이 이루어지도록 하는 노력이 보일러 제조업체를 중심으로 활발한 노력을 하고 있으나, 연소열과 유해가스에 의한 튜브의 손상 및 수명 저하의 문제는, 지속적으로 발생하고 있었다.

도 1은 종래 고형연료용 순환유동층 연소보일러(1)의 구성도를 도시한 것이다. 도 2a는 도 1에서 고형연료, 연소배가스의 흐름을 나타낸 구성도이고, 도 2b는 도 1에서 급수, 스팀의 유동흐름를 나타낸 구성도를 도시한 것이다.

SRF(Solid Refuse Fuel;고형연료) 고효율의 열이용 기술로는 순환유동층 연소기술이 가장 적합한 것으로 알려져 있다. 순환유동층 보일러는 연료를 순환유동층 연소로에서 연소시켜 발생하는 열을 스팀으로 만들어 열과 전기를 이용하는 기술이다.

이러한 기술은, 첫째 층 내 혼합이 잘 되기 때문에 상대적으로 낮은 온도와 과잉공기율에서도 완전 연소가 가능하고, 많은 양의 층내 불활성 물질이 열 저장소의 역할을 하여 갑작스러운 온도 변화를 방지해줄 수 있으며, 층내의 적은 양의 연료나 석탄은 연소로가 조업온도 근처에 있을 때 스타트-업(start-up)이나 스타트-다운(shutdown)을 수분 내에 가능하게 해준다. 그리고, 많은 양의 층물질은 열 충격에 따른 내화물의 손상을 줄이고 또한 소각로의 고온 부분에 무빙 파트(moving part)가 없기 때문에 보수 유지비가 적게 들고, 유동층 소각로는 반응기의 열전달이 우수할 뿐 아니라 별도의 공정 없이도 공해물질의 배출억제가 가능하고 수분을 많이 포함하고 있는 연료에도 적응이 뛰어나다는 장점이 있어 다양한 분야에서 적용되고 있다.

그러나 SRF 특성상 다양한 물질이 혼합되어 연소로에 투입됨으로 기존의 순환유동층 보일러가 대체될 수 없는 이유와 전용 보일러 개발에 있어 기술적으로 중요한 내용은 다음과 같다.

즉, 폐기물을 원료로 하는 연료이므로 유해물질을 함유할 우려가 있다. 아무리 조심을 하여도 폐플라스틱 중에는 PVC가 혼입되며, 슬러지 중에서도 무기염소 즉 NaCl이 유입된다. 그밖에 생활 폐기물 중에서 폐플라스틱을 취할 경우 수은, 납, 브롬 등 유해성분이 SPF에 혼입될 가능성이 있다. 이는 연소중, 연소후에 위험한 오염물질을 발생한다. 연소중 생성되는 HCl은 산성가스로서 부식성 및 자체의 유해성 뿐 아니라 dioxine의 전구물질로서 SRF 제조와 연소전후에 철저한 관리가 절대적으로 요구된다.

종래 고형연료용 순환유동층보일러의 작동방법에 대해 보다 상세하게 설명하면, 고형연료와 연소배가스의 유동은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 연료저장조(10)에 저장된 고형연료는 연료공급수단(11)에 의해 유동층연소로(20)로 공급되게 된다. 그리고, 고형연료는 유동층연소로(20)에서 연소되게 된다. 연소에 의해 발생된 연소배가스는 유동층연소로(20)를 유동하면서, 유동층연소로(20) 벽면에 설치된 수관 내를 흐르는 급수를 가열하게 되고, 유동층연소로(20) 내에 설치된 제2과열기(64) 내를 유동하는 스팀을 가열한 후, 싸이클론(30) 측으로 토출되게 된다.

싸이클론(30)에서 연소 배가스 내의 유동매체를 분리하여, 연소 배가스는 상측으로 토출되고, 유동매체는 하부측으로 배출되어, 일부는 재순환관을 통해 유동층연소로로 공급되고, 나머지는 외부열교환기(34)를 거쳐 냉각된 후, 유동층연소로(20)로 공급되게 된다.

싸이클론(30)에서 토출된 연소배가스는 대류 전열부(40)로 유입되게 된다. 연소배가스는 대류 전열부(40) 내를 상부에서 하부측으로 유동하면서 다수의 열교환기를 거치면서 냉각되게 된다. 대류 전열부(40) 최상측에서는 도 2a에 도시된 바와 같이, 제3과열기(65)가 구비되며, 제3과열기(65) 내의 스팀과 열교환되게 된다. 그리고, 순차적으로 제1과열기(63), 절탄기(5), 공기예열기(42)를 거쳐 토출되게 된다. 대류 전열부(40)에서 토출된 연소 배가스는 흡수탑(6), 백필터(7), 세정탑8), 굴뚝(80)을 거치면서 배출되게 된다.

그리고, 급수의 유동은 도 2b에 도시된 바와 같이, 급수펌프(50)에 의해 대류 전열부(40) 하단의 절탄기(5)를 통과하며 예열된 후, 스팀드럼(60)으로 유입되게 된다. 스팀드럼(60)의 강수관(61)을 통해 급수는 유동층연소로(20) 벽면에 설치된 수관을 유동하면서 가열되게 되고, 다시 스팀드럼(60)으로 유입되어 기수 분리가 된 후, 순차적으로 제1과열기(63), 제2과열기(64), 제3과열기(65)를 유동하며 가열되게 된다.

그러나 이러한 순환 유동층연소로(20)와 대류 전열부(40) 내에 설치된 열교환기인 제1 내지 제3과열기(63, 64, 65), 절탄기(5), 공기예열기(42)는 철제 수관으로 구성되어 있고, 산성가스는 고온에서 강력한 부식을 일으켜 보일러의 수명을 단축시키고 때에 따라서는 열교환기 폭발 등의 안전사고를 일으키게 된다.

가장 취약한 부분은 과열기이며, 이중 특히 최종 과열기는 제3과열기(65)가 취약하다. 도 1, 도 2a, 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래 고형연료용 순환 유동층 연소보일러(1)에서 대류 전열부(40)의 가장 최상단에 제3과열기(65)가 설치되며, 이때, 제3과열기(65)를 거치게 되는 연소 배가스의 온도는 약 900℃ 이상이고, 제3과열기(65) 튜브의 표면온도는 400℃ 이상이 되어, 튜브의 부식이 발생되게 되는 문제점이 있다.

기존의 소각로나 일부 소각 보일러는 과열기 부식 때문에 과열기를 사용하지 못하며 페열 보일러를 이용하게 되어 발전을 위한 고온 고압 증기 생산이 불가능하다. 따라서 부식방지 대책과 과열기 보호대책이 필요하다.

또한, 고형연료(SRF)는 성분 중 휘발분(Volatile)이 함량이 높은 연료로 고정탄소의 연소특성이 지배적으로 나타나는 석탄 유동층 보일러와는 연소 성향이 다르다. 이에 따라 열교환기의 배치 방식이 다르게 나타난다. 연소로 하부에 국부 과열이 일어날 수 있으며 때로 클링커(clinker) 또는 파울링(fouling)이 발생하게 된다.

일본공개특허 제2002-181315호 한국등록특허 제0699519호 한국등록특허 제1354938호 한국공개특허 제2013-0062214호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 연소 배가스가 함유하고 있는 가스온도가 700℃ 이상에서 튜브의 표면온도가 400℃ 이상의 조건으로 직접 열 교환되는 것을 막기 위해 대류 전열부 내의 과열기 전단에 제2절탄기를 추가 배치하여 배가스의 온도를 700 ℃까지 낮춘 다음 과열기를 배치함으로써, 열교환기 튜브의 부식을 획기적으로 감소시킬 수 있는, 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러, 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 후연소로 인하여 비산재의 클링커를 방지하기 위하여 사이클론과 제2절탄기 사이에서 충분한 연소가 일어나도록 유속을 낮출 수 있는 후연소실을 구비하고, 사이클론 벽면과 후연소실 벽면에 벽면 튜브를 배치하여 배가스 온도 조절이 가능하도록 열교환할 수 있는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러, 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 종래와 같이 최종 과열기를 외부열교환기로 하지 않고, 대류 전열부의 과열기 상측에 추가적인 절탄기(economizer)를 설치하여 작은 전열면적으로 쉽게 온도조절이 가능하고 후연소로 인한 국부과열방지하고 클링커 생성도 예방할 수 있는 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러, 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, 고형연료를 연소하여 연소 배가스를 생성하는 유동층연소로에서 토출되는 연소 배가스의 열을 회수하기 위한 대류 전열부에 있어서, 급수펌프에 의해 공급되는 급수가 유동되며, 상기 연소 배가스의 열을 흡수하여 예열되는 제1절탄기; 상기 제1절탄기의 전류측 구비되어, 스팀드럼에서 공급되는 스팀이 유동되며 상기 연소배가스에 의해 가열되는 과열기; 및 상기 과열기의 전류측에 구비되며, 상기 제1절탄기에서 토출된 상기 급수가 유동되어, 상기 과열기를 통과하기 전의 상기 연소 배가스를 냉각하는 제2절탄기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 제1절탄기로 급수를 공급하는 급수펌프를 더 포함하고, 상기 급수는 상기 제1절탄기와 상기 제2절탄기를 순차적으로 유동하며 가열된 후, 스팀드럼으로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 대류 전열부에 구비된 과열기는 상기 제2절탄기 후류측에 구비되는 제3과열기와, 상기 제3과열기의 후류측에 구비되는 제1과열기를 포함하고, 상기 스팀드럼에서 토출되는 스팀은 상기 제1과열기, 상기 유동층연소로 내에 구비된 제2과열기 및 상기 제3과열기를 유동하면서 가열되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 연소배가스는 상기 제2절탄기를 거치면서 냉각된 후, 상기 제3과열기와 열교환되며, 상기 제3과열기 튜브의 표면온도는 450℃이하이고, 제3과열기를 통과하는 연소 배가스의 온도는 700℃이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 제1절탄기 후류측에 구비되어 압입송풍기에 의해 유입되는 공기를 예열하는 공기예열기를 더 포함하고, 상기 공기예열기에 의해 예열된 공기가 상기 유동층 연소로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 고형연료를 연소하여 연소 배가스를 생성하는 유동층연소로에서 토출되는 연소 배가스의 열을 회수하기 위한 대류 전열부의 작동방법에 있어서, 상기 대류 전열부 상측에 구비된 제2절탄기에서, 상기 유동층연소로에서 토출된 연소 배가스와, 내부를 유동하는 급수가 열교환되어 상기 연소 배가스가 냉각되고, 상기 급수가 가열되는 제1단계; 과열기에서, 상기 제2절탄기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 제2단계; 및 제1절탄기에서, 상기 과열기를 거친 상기 연소 배가스와, 급수펌프에 의해 공급되어 내부를 유동하는 급수가 열교환되어 상기 급수가 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부의 작동방법으로서 달성될 수 있다.

그리고, 상기 제2단계는, 제3과열기에서, 상기 제2절탄기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계; 및 제1과열기에서, 상기 제3과열기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 급수펌프에 의해 공급되는 급수의 흐름은, 상기 급수펌프에 의해 급수가 상기 제1절탄기를 유동하며 가열되는 단계; 상기 제1절탄기에서 토출된 급수가 상기 제2절탄기를 유동하며 가열되어 스팀펌프로 유입되는 단계; 및 상기 스팀펌프에서 토출된 스팀이 상기 제1과열기, 유동층연소로 내에 구비된 제2과열기 및 상기 제3과열기를 거치면서 가열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 제3단계 후에, 제1절탄기 후류측에 구비된 공기예열기를 상기 연소 배가스가 통과하면서, 공기를 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러에 있어서, 고형연료를 유동매체 및 공기와 혼합 연소시키고, 벽면에 연소 배가스와 열교환되는 제1수관이 구비된 유동층연소로; 연료저장조 내의 상기 고형연료를 상기 유동층연소로로 공급하는 연료공급수단; 상기 유동층연소로에서 연소된 유동매체와 연소 배가스를 배기시키는 제1배기관; 상기 제1배기관과 연결되어 상기 유동매체와 상기 연소 배가스를 분리시키는 싸이클론; 상기 싸이클론에서 분리된 유동매체를 상기 유동층연소로로 순환시키는 재순환관; 상기 싸이클론에 연결되어 분리된 연소 배가스를 배기시키는 제2배기관; 및 상기 제2배기관과 연결되어 상기 연소 배가스의 열을 회수하는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 대류 전열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 유동층 연소로 내부에는 연소 배가스와 스팀펌프에서 토출된 스팀이 열교환되는 제2과열기를 포함하고, 상기 대류 전열부는, 급수펌프에 의해 공급되는 급수가 유동되며, 상기 연소 배가스의 열을 흡수하여 예열되는 제1절탄기와, 상기 제1절탄기의 전류측 구비되어, 스팀드럼에서 공급되는 스팀이 유동되며 상기 연소배가스에 의해 가열되는 제1과열기와, 상기 제1과열기 전류측에 구비되어 스팀드럼에서 공급되는 스팀이 유동되며 상기 연소배가스에 의해 가열되는 제3과열기와, 상기 제3과열기의 전류측에 구비되며, 상기 제1절탄기에서 토출된 상기 급수가 유동되어, 상기 제3과열기를 통과하기 전의 상기 연소 배가스를 냉각하는 제2절탄기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 싸이클론과 상기 제2절탄기 사이에 구비되는 후연소실; 및 상기 후연소실 벽면 일측과, 상기 싸이클론 벽면 일측에 구비되어 상기 대류 전열부로 유입되는 연소 배가스의 온도를 조절하는 제2수관을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 유동층연소로와, 상기 대류 전열부의 내부온도, 상기 제1절탄기, 상기 제2절탄기, 상기 제1과열기, 상기 제2과열기 및 상기 제3과열기를 구성하는 튜브 중 적어도 어느 하나의 표면온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 연소 배가스의 유동흐름을 생성하는 유인송풍기; 및 상기 온도센서에서 측정된 값을 기반으로, 상기 유인송풍기를 제어하고, 상기 급수펌프를 제어하여 공급되는 급수의 유량을 조절하며, 상기 스팀펌프를 제어하여 과열기로 공급되는 스팀의 유량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 싸이클론에서 분리되어 배출되는 유동매체 일부는 제1재순환관을 통해 상기 유동층연소로로 공급되고, 나머지 유동매체는 외부열교환기를 거쳐 냉각된 후 상기 유동층연소로로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 작동방법에 있어서, 연료공급수단에 의해 연료저장조에 저장된 고형연료가 유동층연소로로 공급되는 단계; 상기 유동층연소로에서, 고형연료가 유동매체 및 공기와 혼합 연소되고, 벽면에 구비된 제1수관 내의 급수와 연소 배가스와 열교환되고, 유동층연소로 내에 구비된 제2과열기 내의 스팀과 연소 배가스가 열교환되는 단계; 상기 연소 배가스와 유동매체가 제1배기관을 통해 싸이클론으로 유입되어, 상기 연소 배가스와 상기 유동매체가 분리되는 단계; 상기 유동매체는 재순환관을 통해 상기 유동층연소로로 순환되고, 상기 연소 배가스는 제2배기관을 통해 대류전열부로 유입되는 단계; 상기 대류 전열부 상측에 구비된 제2절탄기에서, 상기 유동층연소로에서 토출된 연소 배가스와, 내부를 유동하는 급수가 열교환되어 상기 연소 배가스가 냉각되고, 상기 급수가 가열되는 단계; 제3과열기에서, 상기 제2절탄기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계; 제1과열기에서, 상기 제3절탄기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계; 제1절탄기에서, 상기 제1과열기를 거친 상기 연소 배가스와, 급수펌프에 의해 공급되어 내부를 유동하는 급수가 열교환되어 상기 급수가 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계; 및 상기 연소 배가스가 공기예열기 내를 유동하는 공기를 예열시키고 토출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 작동방법으로서 달성될 수 있다.

그리고, 상기 싸이클론과 상기 제2절탄기 사이에 구비되는 후연소실의 벽면 일측과, 상기 싸이클론 벽면 일측에 구비된 제2수관을 통해, 상기 대류 전열부로 유입되는 연소 배가스의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 급수펌프에 의해 공급되는 급수와, 스팀펌프에 의해 유동되는 스팀의 흐름은, 상기 급수펌프에 의해 급수가 상기 제1절탄기를 유동하며 가열되는 단계; 상기 제1절탄기에서 토출된 급수가 상기 제2절탄기를 유동하며 가열되어 스팀펌프로 유입되는 단계; 상기 스팀펌프의 강수관을 통해 토출된 급수가 상기 유동층연소로 벽면에 구비된 제1수관을 유동하며 가열되어 상기 스팀펌프로 순환되는 단계; 및 상기 스팀펌프에서 토출된 스팀이 상기 제1과열기, 상기 제2과열기 및 상기 제3과열기를 거치면서 가열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 연소 배가스가 함유하고 있는 가스온도가 700℃ 이상에서 튜브의 표면온도가 400℃ 이상의 조건으로 직접 열 교환되는 것을 막기 위해 대류 전열부 내의 과열기 전단에 제2절탄기를 추가 배치하여 배가스의 온도를 700 ℃까지 낮춘 다음 과열기를 배치함으로써, 열교환기 튜브의 부식을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 후연소로 인하여 비산재의 클링커를 방지하기 위하여 사이클론과 제2절탄기 사이에서 충분한 연소가 일어나도록 유속을 낮출 수 있는 후연소실을 구비하고, 사이클론 벽면과 후연소실 벽면에 벽면 튜브를 배치하여 배가스 온도 조절이 가능하도록 열교환할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 종래와 같이 최종 과열기를 외부열교환기로 하지 않고, 대류 전열부의 과열기 상측에 추가적인 절탄기(economizer)를 설치하여 작은 전열면적으로 쉽게 온도조절이 가능하고 후연소로 인한 국부과열방지하고 클링커 생성도 예방할 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 고형연료용 순환유동층 연소보일러의 구성도,
도 2a는 도 1에서 고형연료, 연소 배가스의 흐름을 나타낸 구성도,
도 2b는 도 1에서 급수, 스팀의 유동흐름를 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료공급수단, 유동층연소로, 싸이클론, 대류 전열부 측의 부분 구성도,
도 5는 도 3에서 고형연료, 연소 배가스, 공기(산화제)의 흐름을 나타낸 구성도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고형연료, 연소 배가스 흐름을 중심으로 한, 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 작동방법의 흐름도,
도 7은 도 3에서 급수, 스팀의 유동 흐름을 나타낸 구성도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 급수, 스팀 흐름을 중심으로 한, 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 작동방법의 흐름도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 본 발명의 일실시예에 따른 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러(100)의 구성, 기능 및 그 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료공급수단(11), 유동층연소로(20), 싸이클론(30), 대류 전열부(40) 측의 부분 구성도를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러(100)는, 고형연료가 저장되는 연료저장조(10), 연료공급수단(11), 내부에 열교환 수관과, 제2과열기(64)가 구비된 유동층연소로(20), 제1배기관(22), 싸이클론(30), 재순환로(32,33), 외부열교환기(34), 내부에 제2절탄기(52), 제3과열기(65), 제1과열기(63), 제1절탄기(51), 공기예열기(42)가 구비된 대류 전열부(40), 흡수탑, 제1백필터(71), 제2백필터(72), 굴뚝(80) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러(100)는 종래와 달리, 대류 전열부(40) 내부의 최상단에 제2절탄기(52)가 구비되게 된다. 즉, 싸이클론(30)에서 토출된 연소 배가스는 제3과열기(65)(최종 과열기)와 제1과열기(63)를 거치기 전에 먼저 제2절탄기(52)를 거치게 되면서 700℃이하로 냉각되게 된다. 또한, 연소 배가스가 제3과열기(65)를 거치기 전에 제2절탄기(52)를 거치면서 냉각됨으로써, 제3과열기(65) 튜브의 표면온도가 400℃이하가 되어 튜브의 부식을 획기적으로 감소시킬 수 있는 특징을 갖는다.

도 5는 도 3에서 고형연료, 연소 배가스, 공기(산화제)의 흐름을 나타낸 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고형연료, 연소 배가스 흐름을 중심으로 한, 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러(100)의 작동방법의 흐름도를 도시한 것이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 고형연료는 연료저장조(10)에 저장되며, 스크류 피더로 구성된 연료공급수단(11)에 의해 순차적으로 고형연료가 유동층연소로(20) 내로 공급되게 된다(S11). 유동층연소로(20)에서는 고형연료를 유동매체 및 공기와 혼합 연소하게 된다. 즉, 공급된 고형연료를 모래와 같은 유동매체와 함께 유동시켜 완전 혼합시킨 후 해당 연료를 연소시키게 된다(S12). 이와 같이, 연료를 유동매체와 함께 혼합 연소시킴으로써 일반 보일러에 비해 훨씬 우수한 에너지 효율을 얻을 수 있게 된다.

또한, 유동층연소로(20)에서 직접 열회수를 할 수 있도록 유동층연소로(20) 내벽에 제1수관(21)을 내장시키게 된다. 따라서 제1수관(21)으로 급수를 공급하여 제1수관(21)에서 급수에 의해 열회수가 이루어지도록 한다(S13).

제1수관(21)은 연소 배가스에 의해 부식되는 것을 방지하기 위하여 상기 유동층 연소로(20)의 내벽에 내장되는 것이 바람직하나, 고형연료를 사용하는 본 발명에서는 고형연료의 연소시 부식을 유발하는 물질이 화석연료 대비 상대적으로 적게 발생하기 때문에 제1수관(21)의 일부 구간을 상기 유동층연소로(20)의 내벽에서 내부방향으로 노출시켜 열회수 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 유동층연소로(20) 내부에스는 제2과열기(64)가 구비되어, 발생된 연소 배가스와 제2과열기(64)를 유동하는 스팀과 열교환되어 연소 배가스의 열을 회수할 수 있도록 구성된다(S14). 또한, 유동층연소로(20)로 공급되는 산화제인 공기는 압입송풍기(2)에 의해 1차적으로 대류 전열부(40) 최하단에 구비된 공기예열기(42)를 거쳐 연소 배가스에 의해 예열된 후, 유동층연소로(20)로 공급되게 된다.

유동층연소로(20)는 대형일 경우 하부의 단면적이 줄어드는 형식으로 구성하여 연소로(20) 하부 유속을 유지할 필요가 있으며, 소형일 경우 상부 및 하부 단면적이 같도록 수직 기둥 형태를 유지하도록 구성한다. 예를 들어 상기 유동층연소로(20)는 사각기둥 형태로 내화벽을 높게 구성한다. 이때 유동층연소로(20)의 단면은 사각형에 제한되지 않고, 원형 또는 다각형의 다양한 형태로 변경되어 구현이 가능할 것이다.

유동층 연소로(20)의 벽면 중 제1배기관(22)이 형성되는 벽면은 다른 벽면보다 높이가 높게 형성하여 유동매체의 흐름에 의한 마모를 저감시키는 것이 바람직하다.

상기 제 1 배기관은 상기 유동층연소로(20)의 상부 영역에 연결되어 상기 유동층 연소로(20)에서 연소된 유동매체 및 연소 배가스를 싸이클론(30)으로 순환시키는 수단으로서, 제1배기관(22)은 상기 유동층연소로(20)에서 싸이클론(30) 방향으로 점점 좁아지도록 설치되어 유동층연소로(20)의 출구 유속에 비해 싸이클론(30) 입구쪽 유속이 빨라지도록 한다.

상기 싸이클론(30)(cyclone)은 원심분리 원리에 의해 상기 유동매체 및 연소 배가스를 분리하는 수단으로서, 상대적으로 입자의 크기가 큰 유동매체는 원심분리에 의해 분리되어 유동층연소로(20)로 순환되고, 상대적으로 입자의 크기가 작은 연소 배가스는 제2배기관(41)을 통하여 대류 전열부(40)로 제공된다(S15, S16).

싸이클론(30)의 입구는 스파이럴(spiral) 형태로 설치되어 상기 싸이클론(30)으로 유입되는 유동매체 및 연소 배가스의 원심력을 배가시키는 것이 바람직하다.

싸이클론(30)의 하단은 시일포트(31)와 연결된다. 싸이클론(30)의 하단측으로 유동매체가 유입되며, 분리된 유동매체를 다시 유동층 연소로(20)로 순환시키게 된다. 보다 구체적으로, 유동매체 일부는 제1재순환로(32)를 통해 곧바로 유동층연소로(20)로 공급되고, 나머지 유동매체는 제2재순환로(33)를 통해 외부열교환기(34)를 거쳐 유동층연소로(20)로 공급되게 된다.

이때 제1재순환로(32) 및 제2재순환로(33)로 분기되는 유동매체의 양은 조업자의 선택에 의해 결정되어 조정될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편 상기 싸이클론(30)에서 분리된 연소 배가스는 제2배기관(41)을 통하여 대류 전열부(40)로 제공된다.

이러한 대류 전열부(40)는 싸이클론(30)에서 분리되어 제공된 연소 배가스의 열을 회수하는 수단으로서, 제2절탄기(52), 제3과열기(65), 제1과열기(63), 제1절탄기(51), 공기예열기(42)를 포함하여 구성된다.

부연하자면, 대류 전열부(40) 내에는 싸이클론(30)으로부터 분리된 연소 배가스가 위쪽에서 아래쪽으로 흐르게 하여 연소 배가스의 열을 회수하게 된다.

먼저 대류 전열부(40)의 최상단에는 제2절탄기(52)가 구비되어, 제2절탄기(52) 내부를 유동하는 급수와 연소 배가스가 열교환되게 된다(S17). 따라서 연소 배가스는 제3과열기(65)와 제1과열기(63)를 거치기 전에 먼저 제2절탄기(52)에서 냉각되게 됨으로써, 약 700℃이하의 온도가 되게 된다.

제2절탄기(52)에 의해 약 700℃이하로 냉각된 연소 배가스는 연속적으로 제3과열기(65)와, 제1과열기(63)를 통과하면서 제3과열기(65)와 제1과열기(63)를 유동하는 스팀을 가열시키고 자신은 냉각되게 된다(S18). 그리고, 제1과열기(63) 하단의 제1절단기와, 공기예열기(42)를 거쳐 토출되게 된다(S19).

또한, 본 발명의 일실시예에서는 후연소로 인하여 비산재의 클링커를 방지하기 위하여 싸이클론(30)과 제2절탄기(52) 사이에서 충분한 연소가 일어나도록 유속을 낮출 수 있는 후연소실을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 싸이클론(30)의 벽명과 후연소실의 벽면에 제2수관이 배치되어 연소 배가스와 열교환되도록 하여, 연소 배가스의 온도 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.

그리고, 대류 전열부(40)의 후류측에는 감온탑, 반건조반응탑(70)(semi dry reactor), 제1백필터(71), 제2백필터(72) 등이 배치될 수 있다. 감온탑은 대류 전열부(40)를 통과해 온 연소 배가스의 온도를 더욱 저하시키는 수단이고, 반건조반응탑(70)은 연소 배가스중의 염화수소, 유황 산화물 및 매진(煤塵) 등을 포집하는 것으로, 그 전류측(前流側)에서 소석회 등의 중화제나 반응 조제(助劑)가 연소 가스 속에 첨가된다. 백필터 역시 연소 배가스 내의 분진, 오염물질 등을 정화하기 위한 것으로 최종적으로 백필터를 통과한 연소 배가스는 굴뚝(80)을 통하여 대기중으로 배출된다(S20).

이러한 연소 배가스의 유동 흐름은 유인송풍기(3)의 구동에 의해 제어되며 제어부(90)는 유인송풍기(3)를 제어하여 연소 배가스의 유동 흐름, 유량을 조절할 수 있게 된다.

이하에서는 급수, 스팀의 유동 흐름을 중심으로 설명하도록 한다. 도 7은 도 3에서 급수, 스팀의 유동 흐름을 나타낸 구성도를 도시한 것이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 급수, 스팀 흐름을 중심으로 한, 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러(100)의 작동방법의 흐름도를 도시한 것이다.

먼저, 급수펌프(50)에 의해 급수가 가장 먼저 제1절탄기(51)로 유입되어 유동되게 된다(S31). 제1절탄기(51)는 앞서 언급한 바와 같이, 대류 전열부(40)의 하단 측에 구비되며 제1절탄기(51)를 유동하는 급수가 연소 배가스에 의해 가열되게 된다.

그리고, 제1절탄기(51)에서 토출된 급수는 스팀드럼(60)으로 곧바로 유입되지 않고, 제3과열기(65)의 전류측에 구비된 앞서 언급한 제2절탄기(52)로 유입되게 된다(S32). 즉, 본 발명의 일실시예에서는 제2절탄기(52)에서 급수는 가열되고, 제3과열기(65)를 통과하기 전에 연소 배가스가 제2절탄기(52)를 거치게 되면서 700℃이하로 냉각되게 되고, 제2절탄기(52)를 거쳐 냉각된 연소 배가스가 제3과열기(65)를 거치게 되므로, 제3과열기(65) 튜브의 표면온도를 400℃ 이하로 하여 운전되게 됨으로써, 과열기 튜브의 부식을 획기적으로 방지할 수 있게 된다.

그리고, 제2절탄기(52)를 유동하고 토출된 급수는 스팀드럼(60)으로 유입되게 되며(S33), 스팀드럼(60)의 강수관(61)을 통해 급수가 유동층연소로(20) 벽면의 제1수관(21)을 유동하며 가열된 후 다시 스팀드럼(60)으로 유입되게 된다(S34). 이러한 기수 분리 후에 스팀드럼(60)의 증기배출관(62)을 통해 스팀이 대류 전열부(40)의 제1절탄기(51) 전류측의 제1과열기(63)를 유동하며 가열되고, 제2과열기(64)에서 토출된 스팀은 유동층연소로(20) 내의 제2과열기(64)를 유동하면서 가열되고, 최종적으로 대류 전열부(40) 제2절탄기(52) 후류측의 제3과열기(65)를 거쳐 일정온도와 압력을 갖는다(S35). 이 스팀은 증기터빈(66)으로 공급되어, 전기 생산 및 열회수 공정을 통해 에너지로 활용되게 된다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(90)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 온도센서(91)는 유동층연소로(20) 내와, 대류 전열부(40)의 내부 온도를 실시간으로 측정하며, 또한, 열교환기 튜브의 표면온도를 실시간으로 측정하게 된다. 이러한 측정된 값을 기반으로 제어부(90)는 급수펌프(50)를 제어하여, 급수의 유량, 온도를 조절할 수 있으며, 스팀드럼(60)(60)를 제어하여 제1, 제2, 제3과열기(65)를 유동하는 스팀의 유량, 온도를 조절할 수 있게 된다. 또한, 압인송풍기(2)를 제어하여 유동층연소로(20)로 공급되는 공기의 온도와 유량을 조절할 수 있으며, 유인송풍기(3)를 제어하여 연소 배가스의 온도와 유량을 조절할 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:종래 고형연료용 순환 유동층보일러
2:압입송풍기
3:유인송풍기
5:절탄기
6:흡수탑
7:백필터
8:세정탑
10:연료저장조
11:연료공급수단
20:유동층연소로
21:제1수관
22:제1배기관
30:싸이클론
31:시일포트
32:제1재순환로
33:제2재순환로
34:외부열교환기
40:대류 전열부
41:제2배기관
42:공기예열기
50:급수펌프
51:제1절탄기
52:제2절탄기
60:스팀드럼
61:강수관
62:증기배출관
63:제1과열기
64:제2과열기
65:제3과열기
66:증기터빈
70:반건조반응탑
71:제1백필터
72:제2백필터
80:굴뚝
90:제어부
91:온도센서
100:고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러

Claims

고형연료를 연소하여 연소 배가스를 생성하는 유동층연소로에서 토출되는 연소 배가스의 열을 회수하기 위한 대류 전열부에 있어서,
급수펌프에 의해 공급되는 급수가 유동되며, 상기 연소 배가스의 열을 흡수하여 예열되는 제1절탄기;
상기 제1절탄기의 전류측 구비되어, 스팀드럼에서 공급되는 스팀이 유동되며 상기 연소배가스에 의해 가열되는 과열기; 및
상기 과열기의 전류측에 구비되며, 상기 제1절탄기에서 토출된 상기 급수가 유동되어, 상기 과열기를 통과하기 전의 상기 연소 배가스를 냉각하는 제2절탄기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부.
제 1항에 있어서,
상기 제1절탄기로 급수를 공급하는 급수펌프를 더 포함하고,
상기 급수는 상기 제1절탄기와 상기 제2절탄기를 순차적으로 유동하며 가열된 후, 스팀드럼으로 유입되는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부.
제 2항에 있어서,
상기 대류 전열부에 구비된 과열기는 상기 제2절탄기 후류측에 구비되는 제3과열기와, 상기 제3과열기의 후류측에 구비되는 제1과열기를 포함하고,
상기 스팀드럼에서 토출되는 스팀은 상기 제1과열기, 상기 유동층연소로 내에 구비된 제2과열기 및 상기 제3과열기를 유동하면서 가열되는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부.
제 3항에 있어서,
상기 연소배가스는 상기 제2절탄기를 거치면서 냉각된 후, 상기 제3과열기와 열교환되며, 상기 제3과열기 튜브의 표면온도는 450℃이하이고, 제3과열기를 통과하는 연소 배가스의 온도는 700℃이하인 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부.
제 3항에 있어서,
상기 제1절탄기 후류측에 구비되어 압입송풍기에 의해 유입되는 공기를 예열하는 공기예열기를 더 포함하고,
상기 공기예열기에 의해 예열된 공기가 상기 유동층 연소로 공급되는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부.
고형연료를 연소하여 연소 배가스를 생성하는 유동층연소로에서 토출되는 연소 배가스의 열을 회수하기 위한 대류 전열부의 작동방법에 있어서,
상기 대류 전열부 상측에 구비된 제2절탄기에서, 상기 유동층연소로에서 토출된 연소 배가스와, 내부를 유동하는 급수가 열교환되어 상기 연소 배가스가 냉각되고, 상기 급수가 가열되는 제1단계;
과열기에서, 상기 제2절탄기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 제2단계; 및
제1절탄기에서, 상기 과열기를 거친 상기 연소 배가스와, 급수펌프에 의해 공급되어 내부를 유동하는 급수가 열교환되어 상기 급수가 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부의 작동방법.
제 6항에 있어서,
상기 제2단계는,
제3과열기에서, 상기 제2절탄기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계; 및
제1과열기에서, 상기 제3과열기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부의 작동방법.
제 7항에 있어서,
상기 급수펌프에 의해 공급되는 급수의 흐름은,
상기 급수펌프에 의해 급수가 상기 제1절탄기를 유동하며 가열되는 단계;
상기 제1절탄기에서 토출된 급수가 상기 제2절탄기를 유동하며 가열되어 스팀펌프로 유입되는 단계; 및
상기 스팀펌프에서 토출된 스팀이 상기 제1과열기, 유동층연소로 내에 구비된 제2과열기 및 상기 제3과열기를 거치면서 가열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부의 작동방법.
제 8항에 있어서,
상기 제3단계 후에,
제1절탄기 후류측에 구비된 공기예열기를 상기 연소 배가스가 통과하면서, 공기를 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 대류 전열부의 작동방법.
고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러에 있어서,
고형연료를 유동매체 및 공기와 혼합 연소시키고, 벽면에 연소 배가스와 열교환되는 제1수관이 구비된 유동층연소로;
연료저장조 내의 상기 고형연료를 상기 유동층연소로로 공급하는 연료공급수단;
상기 유동층연소로에서 연소된 유동매체와 연소 배가스를 배기시키는 제1배기관;
상기 제1배기관과 연결되어 상기 유동매체와 상기 연소 배가스를 분리시키는 싸이클론;
상기 싸이클론에서 분리된 유동매체를 상기 유동층연소로로 순환시키는 재순환관;
상기 싸이클론에 연결되어 분리된 연소 배가스를 배기시키는 제2배기관; 및
상기 제2배기관과 연결되어 상기 연소 배가스의 열을 회수하는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 대류 전열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러.
제 10항에 있어서,
상기 유동층 연소로 내부에는 연소 배가스와 스팀펌프에서 토출된 스팀이 열교환되는 제2과열기를 포함하고,
상기 대류 전열부는,
급수펌프에 의해 공급되는 급수가 유동되며, 상기 연소 배가스의 열을 흡수하여 예열되는 제1절탄기와, 상기 제1절탄기의 전류측 구비되어, 스팀드럼에서 공급되는 스팀이 유동되며 상기 연소배가스에 의해 가열되는 제1과열기와, 상기 제1과열기 전류측에 구비되어 스팀드럼에서 공급되는 스팀이 유동되며 상기 연소배가스에 의해 가열되는 제3과열기와, 상기 제3과열기의 전류측에 구비되며, 상기 제1절탄기에서 토출된 상기 급수가 유동되어, 상기 제3과열기를 통과하기 전의 상기 연소 배가스를 냉각하는 제2절탄기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러.
제 11항에 있어서,
상기 싸이클론과 상기 제2절탄기 사이에 구비되는 후연소실; 및
상기 후연소실 벽면 일측과, 상기 싸이클론 벽면 일측에 구비되어 상기 대류 전열부로 유입되는 연소 배가스의 온도를 조절하는 제2수관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러.
제 12항에 있어서,
상기 유동층연소로와, 상기 대류 전열부의 내부온도, 상기 제1절탄기, 상기 제2절탄기, 상기 제1과열기, 상기 제2과열기 및 상기 제3과열기를 구성하는 튜브 중 적어도 어느 하나의 표면온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러.
제 13항에 있어서,
상기 연소 배가스의 유동흐름을 생성하는 유인송풍기; 및
상기 온도센서에서 측정된 값을 기반으로, 상기 유인송풍기를 제어하고, 상기 급수펌프를 제어하여 공급되는 급수의 유량을 조절하며, 상기 스팀펌프를 제어하여 과열기로 공급되는 스팀의 유량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러.
제 10항에 있어서,
상기 싸이클론에서 분리되어 배출되는 유동매체 일부는 제1재순환관을 통해 상기 유동층연소로로 공급되고, 나머지 유동매체는 외부열교환기를 거쳐 냉각된 후 상기 유동층연소로로 공급되는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러.
고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 작동방법에 있어서,
연료공급수단에 의해 연료저장조에 저장된 고형연료가 유동층연소로로 공급되는 단계;
상기 유동층연소로에서, 고형연료가 유동매체 및 공기와 혼합 연소되고, 벽면에 구비된 제1수관 내의 급수와 연소 배가스와 열교환되고, 유동층연소로 내에 구비된 제2과열기 내의 스팀과 연소 배가스가 열교환되는 단계;
상기 연소 배가스와 유동매체가 제1배기관을 통해 싸이클론으로 유입되어, 상기 연소 배가스와 상기 유동매체가 분리되는 단계;
상기 유동매체는 재순환관을 통해 상기 유동층연소로로 순환되고, 상기 연소 배가스는 제2배기관을 통해 대류전열부로 유입되는 단계;
상기 대류 전열부 상측에 구비된 제2절탄기에서, 상기 유동층연소로에서 토출된 연소 배가스와, 내부를 유동하는 급수가 열교환되어 상기 연소 배가스가 냉각되고, 상기 급수가 가열되는 단계;
제3과열기에서, 상기 제2절탄기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계;
제1과열기에서, 상기 제3절탄기를 거친 상기 연소 배가스와, 내부를 유동하는 스팀이 열교환되어 스팀이 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계;
제1절탄기에서, 상기 제1과열기를 거친 상기 연소 배가스와, 급수펌프에 의해 공급되어 내부를 유동하는 급수가 열교환되어 상기 급수가 가열되고, 상기 연소 배가스가 냉각되는 단계; 및
상기 연소 배가스가 공기예열기 내를 유동하는 공기를 예열시키고 토출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 작동방법.
제 16항에 있어서,
상기 싸이클론과 상기 제2절탄기 사이에 구비되는 후연소실의 벽면 일측과, 상기 싸이클론 벽면 일측에 구비된 제2수관을 통해, 상기 대류 전열부로 유입되는 연소 배가스의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 작동방법.
제 17항에 있어서,
상기 급수펌프에 의해 공급되는 급수와, 스팀펌프에 의해 유동되는 스팀의 흐름은,
상기 급수펌프에 의해 급수가 상기 제1절탄기를 유동하며 가열되는 단계;
상기 제1절탄기에서 토출된 급수가 상기 제2절탄기를 유동하며 가열되어 스팀펌프로 유입되는 단계;
상기 스팀펌프의 강수관을 통해 토출된 급수가 상기 유동층연소로 벽면에 구비된 제1수관을 유동하며 가열되어 상기 스팀펌프로 순환되는 단계; 및
상기 스팀펌프에서 토출된 스팀이 상기 제1과열기, 상기 제2과열기 및 상기 제3과열기를 거치면서 가열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온튜브부식과 클링커 생성 감소가 가능한 고형연료 열이용 순환유동층 연소보일러의 작동방법.