KR20180011951A - 순환 유동층 보일러 시스템 - Google Patents

순환 유동층 보일러 시스템 Download PDF

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KR20180011951A KR1020160094533A KR20160094533A KR20180011951A KR 20180011951 A KR20180011951 A KR 20180011951A KR 1020160094533 A KR1020160094533 A KR 1020160094533A KR 20160094533 A KR20160094533 A KR 20160094533A KR 20180011951 A KR20180011951 A KR 20180011951A
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Abstract

본 발명은, 연소실 하부의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이하인 경우, 고온의 배기가스를 순환시켜 연소실의 하부로 공급되는 순환매체의 온도를 높여줌으로써, 연소실 하부의 온도를 적절하게 유지할 수 있다. 또한, 배기가스의 순환유량을 제어함으로써, 보일러 시스템의 효율 저감을 최소화할 수 있다.

Description

순환 유동층 보일러 시스템{Circulating fluidized bed boiler}
본 발명은 순환 유동층 보일러 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고휘발분 연료를 순환 매체로 사용시 연소실 하부 온도를 적절하게 유지할 수 있는 순환 유동층 보일러 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 순환 유동층 보일러 시스템은, 화석 연료, 바이오 매스 연료 등의 고형 연료를 모래 등의 층(bed) 물질(또는 순환 매체)과 함께 연소실(Furnace), 사이클론(Cyclone), 룹실(Loopseal) 및 연소실을 순환하면서 증기를 생산하는 시스템이다. 순환 유동층 보일러 시스템은 강력한 혼합력과 열전달 특성을 바탕으로 석탄 등의 화석 연료 뿐만 아니라 바이오 매스까지 다양한 연료를 연소시킬 수 있다.
순환 유동층 보일러 시스템에서, 연소실에서 연소된 바닥재(bottom ash)는 약 900℃의 고온 상태로 배출되기 때문에, 상기 바닥재를 냉각시키기 위한 바닥재 냉각기가 설치된다. 상기 바닥재를 냉각시키는 방법은 스크류 방법과 유동층 방법이 있다. 유동층 바닥재 냉각기(FBAC, Fluidized Bottom Ash Cooler)는 스크류 방법에 비해 처리용량이 크고 열전달 효율이 좋기 때문에 많이 사용된다.
한편, 순환 유동층 보일러 시스템에서 나무, 볏짚 등의 바이오 매스인 고 휘발분 연료를 사용시, 연소실 상부의 연소 비율이 늘어나면서 연소실 하부 온도가 감소하는 현상이 발생된다. 연소실 하부의 온도가 지속적으로 감소하면, 연소 효율이 저하되고 시스템이 정지되는 상황에 이르게 되는 문제점이 있다.
한국공개특허 1994-0008728
본 발명의 목적은, 연소실 하부 온도를 제어하여 연소 효율을 향상시킬 수 있는 순환 유동층 보일러 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 순환 유동층 보일러 시스템은, 고체 연료와 순환 매체를 유동시키면서 연소시키는 연소실과; 상기 연소실로부터 배출된 순환 매체와 배기가스가 유입되고, 상기 순환 매체와 상기 배기가스를 분리하여 배출시키는 사이클론과; 상기 사이클론에서 배출된 순환 매체를 모은 후 상기 연소실로 배출시키는 룹실(Loopseal)과; 상기 사이클론에서 배출된 배기가스가 유입되고, 상기 배기가스를 이용해 상기 연소실로 공급되는 공기를 예열시키는 공기 예열기와; 상기 룹실에 연결되어, 상기 룹실에 모인 순환 매체 중 일부가 유입되고, 유입된 순환 매체의 열을 회수한 후 상기 연소실로 배출하는 외부열교환기(FBHE, Fluidized Bed Heat Exchanger)와; 상기 연소실의 하부 온도가 미리 설정된 설정 온도 이하이면, 상기 공기 예열기 내부의 배기가스 중 일부를 상기 연소실, 상기 룹실 및 상기 외부열교환기 중 적어도 하나로 순환시켜, 상기 연소실로 순환되는 순환매체를 가열하는 배기가스 순환수단을 포함한다.
본 발명은, 연소실 하부의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이하인 경우, 고온의 배기가스를 순환시켜 연소실의 하부로 공급되는 순환매체의 온도를 높여줌으로써, 연소실 하부의 온도를 적절하게 유지할 수 있다.
또한, 배기가스의 순환유량을 제어함으로써, 보일러 시스템의 효율 저감을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템의 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템의 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템의 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템의 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템의 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템은, 연소실(10), 사이클론(Cyclone)(20), 룹실(Loop seal)(30), 공기 예열기(40), 스택(50), 외부열교환기(100) 및 배기가스 순환수단(200)을 포함한다.
상기 연소실(10)은, 고체 연료와 순환 매체를 유동시키면서 연소시키는 공간이다. 상기 연소실(10)에는 상기 고체 연료가 저장된 고체 연료 벙커(2)와, 상기 순환 매체가 저장된 순환 매체 벙커(4)가 연결된다. 상기 고체 연료는, 화석 연료, 바이오 매스 등을 포함하며, 본 실시예에서는 나무, 볏짚 등의 고휘발분 연료인 바이오 매스를 이용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 순환 매체는, 모래나 석탄의 재(ash)를 포함한다. 상기 연소실(10)로 공급된 상기 고체 연료와 상기 순환 매체는 외부에서 공급되는 유동화 가스에 의해 상기 연소실(10)의 내부를 유동, 비산 및 순환하면서 연소된다.
상기 연소실(10)의 하부에는, 후술하는 상기 공기 예열기(40)에서 예열된 공기를 공급받는 연소실 윈드박스(12)가 설치된다.
상기 사이클론(20)은, 상기 연소실(10)의 상부와 연통되게 연결된다. 상기 연소실(10)에서 상기 고체 연료가 연소되면서 발생한 배기가스가 사이클론(20)으로 유입된다. 이 때, 상기 연소실(10) 내부에서 연소되어 유동하던 순환 매체의 일부가 상기 배기가스와 함께 상기 사이클론(20)으로 유입된다. 상기 사이클론(20)은, 상기 배기가스에 포함된 상기 순환 매체를 포집하여 하부로 배출하여, 상기 연소실(10)로 재순환시켜주는 역할을 한다.
상기 룹실(30)은, 상기 사이클론(20)의 하부와 연통되게 연결된다. 상기 룹실(30)은 상기 순환 매체가 가득 채워져 있는 공간이다. 상기 룹실(30)의 하부는 상기 연소실(10)의 하부와 연통되게 연결된다. 상기 사이클론(20)에서 포집된 순환 매체는 상기 룹실(30)을 통해 상기 연소실(10)의 하부로 다시 공급된다. 상기 룹실(30)은, 상기 순환 매체가 가득 채워져 있기 때문에, 상기 연소실(10)로부터 상기 룹실(30)로 순환 매체가 역류하는 것이 방지될 수 있다. 상기 룹실(30)의 하부와 상기 연소실(10)의 하부는 룹실 토출유로(32)로 연결된다.
상기 공기 예열기(40)는, 상기 사이클론(20)의 상부와 연통되게 연결된다. 상기 공기 예열기(40)에는 제1열교환기(41)와 복수의 제2열교환기들(42)이 구비된다.
상기 제1열교환기(41)는, 외부로부터 공급된 공기를 상기 배기가스와 열교환시킨다. 상기 제1열교환기(41)는 공기 공급유로(60)에 연결된다. 상기 공기 공급유로(60)는, 외부 공기를 상기 공기 예열기(40)로 안내하고, 상기 공기 예열기(40)에서 예열된 공기를 상기 연소실(10)의 하부로 안내하는 유로이다. 상기 공기 공급유로(60)에는 공기를 송풍시키기 위한 공기 팬(61)이 설치된다.
상기 제2열교환기들(42)은, 상기 사이클론(20)에서 배출된 고온의 배기가스를 증기 터빈(미도시)을 순환하는 물과 열교환시킨다.
상기 공기 예열기(40)를 통과한 배기가스는 스택(50)에 공급된다. 상기 공기 예열기(40)와 상기 스택(50)은, 배기가스 토출유로(70)로 연결된다. 상기 배기가스 토출유로(70)는, 상기 공기 예열기(40)의 하부에서 토출되는 배기가스를 상기 스택(50)으로 안내하는 유로이다.
상기 외부열교환기(FBHE, Fluidized Bed Heat Exchanger)(100)는, 상기 룹실(30)과 상기 연소실(10)사이에 설치되어, 상기 룹실(30)에 모인 순환매체 중 일부가 유입되고, 유입된 순환매체의 열을 회수한 후 상기 연소실(10)로 배출시킨다.
상기 외부열교환기(100)의 내부는 적어도 하나의 격벽들(101)에 의해 복수의 공간들(미도시)로 구획될 수 있다. 상기 격벽(101)은, 상기 외부열교환기(100)의 바닥면에서 연직방향으로 세워지고, 서로 소정간격 이격되게 배치된다.
상기 외부열교환기(100)의 내부에는 상기 외부열교환기(100)내 순환매체의 열을 회수하기 위한 증발기(108)가 설치될 수 있다.
상기 외부열교환기(100)의 상부는 상기 룹실(30)에 연결되고, 상기 외부열교환기(100)의 하부는 상기 연소실(10)의 하부에 연결된다.
상기 외부열교환기(100)의 상부와 상기 룹실(30)의 측면은 외부열교환기 순환매체 공급유로(102)를 통해 연결된다. 상기 외부열교환기(100)의 하부와 상기 연소실(10)의 하부는 외부열교환기 순환매체 토출유로(106)를 통해 연결된다.
상기 외부열교환기 순환매체 공급유로(102)의 일단은 상기 룹실(30)의 측면에 연결되고, 타단은 상기 외부열교환기(100)의 상부에 연결된다.
상기 외부열교환기 순환매체 공급유로(102)에는 상기 외부열교환기(100)로 공급되는 순환매체의 유량을 제어하는 제어밸브(104)가 설치된다. 상기 제어밸브(104)는, 보일러 시스템의 운전 부하나 상기 연소실(10)의 하부 온도에 따라 상기 순환매체의 유량을 제어한다.
상기 외부열교환기(100)의 하부에는 외부열교환기 윈드박스(130)가 구비된다. 상기 외부열교환기 윈드박스(130)는, 상기 외부열교환기(100)로 공급되는 배기가스를 공급하는 장치이다.
상기 외부열교환기(100)와 상기 외부열교환기 윈드박스(130)사이에는 분산판(170)이 설치된다. 상기 분산판(170)은, 상기 외부열교환기 윈드박스(130)로부터 공급받은 배기가스를 상기 외부열교환기(100)의 내부로 분산시켜 공급하고, 유동화 흐름을 발생시킨다.
상기 분산판(170)에는 복수의 노즐들(미도시)이 서로 소정간격 이격되게 배치된다. 상기 노즐들(미도시)은, 배기가스를 분산 공급함으로써 상기 외부열교환기(100)의 입자들이 부유하여 유동하도록 한다.
한편, 상기 배기가스 순환수단(200)은, 외부열교환기 배기가스 순환유로(210), 배기가스 댐퍼(212) 및 배기가스 블로워(214)를 포함한다.
상기 배기가스 순환수단(200)은, 상기 공기 예열기(40) 내부의 배기가스 중 일부를 상기 외부열교환기(100)로 순환시켜, 상기 외부열교환기(100)로부터 상기 연소실(10)로 순환되는 순환매체를 가열한다. 상기 배기가스 순환수단(200)은, 상기 연소실(10)로 순환되는 순환매체의 온도를 높임으로써, 상기 연소실(10)의 하부 온도를 적절하게 유지할 수 있도록 한다.
상기 외부열교환기 배기가스 순환유로(210)는, 상기 공기 예열기(40)와 상기 외부열교환기(100)를 연결하여, 상기 공기 예열기(40) 내부의 배기가스를 상기 외부열교환기 윈드박스(130)로 안내하는 유로이다. 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로(210)의 일단은, 상기 공기 예열기(40)의 상부에 연결되고, 타단은 상기 외부열교환기 윈드박스(130)의 하부에 연결된다. 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로(210)의 일단은 상기 공기 예열기(40)에서 흐르는 배기가스의 상류측에 연결되어, 비교적 고온의 배기가스를 상기 외부열교환기(100)측으로 안내한다.
상기 배기가스 댐퍼(212)는, 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로(210)상에 설치되어, 상기 외부열교환기(100)로 순환되는 배기가스의 순환유량을 제어한다. 상기 배기가스 댐퍼(212)는, 상기 보일러 시스템의 운전 부하나 상기 제어밸브(104)의 제어 유량이나 상기 연소실(10)의 하부의 온도에 따라 상기 배기가스 순환유량을 제어할 수 있다.
상기 배기가스 블로워(214)는, 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로(210)상에 설치되어, 상기 외부열교환기 윈드박스(130)로 투입되기 위한 배기가스의 압력을 발생시킨다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 상기 연소실(10)에서 상기 바이오 매스가 상기 순환 매체와 함께 유동하면서 연소된다. 상기 연소실(10)의 연소과정에서 발생된 배기가스와 상기 배기가스에 포함된 상기 순환 매체는 상기 연소실(10)의 상부를 통해 상기 사이클론(20)으로 배출된다.
상기 사이클론(20)에서는 상기 배기가스를 상부로 토출하여 상기 공기 예열기(40)의 상부로 보내고, 상기 배기가스에 포함된 순환 매체는 포집하여 상기 룹실(30)로 보낸다.
상기 룹실(30)에서는 상기 순환매체 중 일부는 상기 연소실(10)의 하부로 공급되어 순환되고, 다른 일부는 상기 외부열교환기(100)로 공급된다.
상기 룹실(30)로부터 상기 외부열교환기(100)로 공급되는 순환 매체의 유량은 상기 제어밸브(104)를 통해 제어된다. 상기 제어밸브(104)는, 상기 연소실(10)의 하부 온도에 따라 상기 순환 매체의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 연소실(10)의 하부 온도가 낮을수록 상기 외부열교환기(100)로 공급되는 순환 매체의 유량을 증가시켜, 상기 외부열교환기(100)에서 보다 많은 양의 순환 매체가 상기 배기가스로부터 가열되도록 할 수 있다.
한편, 상기 연소실(10)의 하부 온도가 미리 설정된 설정 온도 이하이면, 상기 공기 예열기(40) 내부의 배기가스를 상기 외부열교환기(100)로 순환시킬 수 있다. 나무, 볏짚 등의 고휘발분의 바이오매스를 사용시, 상기 연소실(10)의 상부에서 연소 비율이 늘어나기 때문에, 상기 연소실(10)의 하부 온도가 낮아지게 된다. 상기 연소실(10)의 하부 온도가 낮아지면 연소 효율이 떨어지므로 정상적인 운전이 어렵게 된다. 따라서 상기 연소실(10)의 하부 온도가 상기 설정 온도 이하이면, 상기 연소실(10)의 하부 온도를 상승시키기 위해 상기 공기 예열기(40) 상부의 배기가스를 순환시킨다.
즉, 상기 사이클론(20)으로부터 상기 공기 예열기(40)로 배출된 배기가스 중 일부를 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로(210)를 통해 상기 외부열교환기(100)로 공급한다. 이 때, 상기 공기 예열기(40)에서 상류측 배기가스를 상기 외부열교환기(100)로 순환시킨다.
상기 외부열교환기(100)로 공급된 배기가스는 상기 외부열교환기 윈드박스(130)와 상기 분산판(170)을 통해 유동층 흐름을 형성하면서 상기 외부열교환기(100) 내부의 공간으로 공급된다.
상기 외부열교환기 윈드박스(130)로 공급된 고온의 배기가스는 상기 분산판(170)을 통해 고속으로 분사되어 상기 외부열교환기(100)내의 순환매체와 혼합되면서 상기 순환매체로 열을 전달할 수 있다. 따라서 상기 외부열교환기(100)내부의 순환매체의 온도가 상승하게 된다.
상기 외부열교환기(100)내에서 가열된 순환매체는 상기 외부열교환기 토출유로(106)를 통해 상기 연소실(10)의 하부로 공급된다. 상기 외부열교환기(100)에서 가열된 순환매체가 상기 연소실(10)의 하부로 공급됨으로써, 상기 연소실(10)의 하부 온도를 상승시킬 수 있다.
상기 외부열교환기(100) 내부의 공간은 상기 연소실(10)의 공간에 비해 단면적이 작기 때문에, 상기 연소실(10)로 배기가스를 직접 공급하는 경우에 비해 비교적 적은 양의 배기가스로도 상기 연소실(10) 하부 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있다. 즉, 상기 배기가스의 순환유량을 최소화시키면서도 상기 연소실(10)의 하부 온도를 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 배기가스 댐퍼(212)를 이용해 상기 공기 예열기(40)로부터 상기 외부열교환기(100)로 공급되는 배기가스의 순환유량을 제어함으로써, 상기 연소실(10)의 하부 온도 상승을 제어할 수 있다. 즉, 상기 배기가스 댐퍼(212)를 이용해 상기 배기가스의 순환유량을 증가시키면, 상기 연소실(10)의 온도가 보다 상승할 수 있다.
또한, 상기 제어 밸브(104)를 이용해 상기 룹실(30)에서 상기 외부열교환기(100)로 공급되는 순환매체의 유량을 제어함으로써, 상기 외부열교환기(100)에서 가열되는 순환매체의 온도가 제어되어, 상기 연소실(10)의 하부 온도 상승을 제어할 수 있다.
또한, 상기 배기가스 댐퍼(212)는 상기 제어밸브(104)에서 상기 순환매체의 순환유량 제어에 따라 다르게 제어할 수 있다. 상기 제어 밸브(104)를 이용해 상기 외부열교환기(100)로 공급되는 순환매체의 유량을 늘리면, 상기 배기가스를 이용해 가열해야하는 순환매체의 양이 많아지기 때문에 상기 배기가스 순환유량도 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 배기가스 댐퍼(212)를 이용한 배기가스 순환유량과 상기 제어 밸브(104)를 이용한 순환매체의 순환유량은 상기 연소실(10)의 온도 상승 목표에 따라 달라진다. 상기 연소실(10)의 온도 상승 목표가 높을 경우, 상기 외부열교환기(100)로 공급되는 순환매체의 유량과 상기 배기가스 순환유량을 모두 증가시키는 것도 가능하다. 또한, 상기 연소실(10)의 온도 상승 목표가 낮을 경우, 상기 외부열교환기(100)로 공급되는 순환매체의 유량을 줄이거나 상기 배기가스 순환유량을 감소시키는 것도 물론 가능하다.
한편, 상기 공기 예열기(40)에서는 상기 사이클론(20)으로부터 배출된 상기 배기가스를 상기 제2열교환기(42)와 상기 제1열교환기(41)를 통해 열교환시킨다. 상기 공기 예열기(40)에서 상기 제1,2열교환기(41)(42)와 열교환된 배기가스 중 일부는 상기 스택(50)으로 공급된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 순환 유동층 보일러 시스템은, 상기 연소실(10)의 하부 온도가 낮아질 경우, 고온의 배기가스를 순환시켜 상기 배기가스의 열을 이용하여 상기 연소실(10)로 공급되는 순환매체의 온도를 높여줌으로써, 상기 연소실(10)의 하부 온도를 적절하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 공기 예열기(40)의 상류측에 있는 비교적 고온의 배기가스를 순환시킴으로써, 유동화 속도가 증가하여 상기 순환매체의 입자들의 유동화가 향상될 수 있다.
또한, 상기 배기가스의 순환유량을 조절할 수 있기 때문에, 상기 보일러 시스템의 효율 저감을 최소화시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템의 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템은, 상기 공기 예열기(40) 내부의 배기가스 중 일부를 순환시키는 배기가스 순환수단(200‘)을 포함하고, 상기 배기가스 순환수단(200’)은 상기 공기 예열기(40) 내부의 배기가스를 상기 룹실(30)의 하부로 안내하는 룹실 배기가스 순환유로(220)와, 상기 룹실 배기가스 순환유로(220)상에 설치된 배기가스 댐퍼(222)와, 상기 룹실 배기가스 순환유로(220)상에 설치된 배기가스 블로워(223)를 포함하는 것이 상기 일 실시예와 상이하고 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 설명하고 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
상기 배기가스 순환수단(200‘)은, 상기 공기 예열기(40) 상부의 배기가스 중 일부를 상기 룹실(30)의 하부로 순환시켜, 상기 룹실(30)에 모인 순환매체를 가열한다. 상기 룹실(30)에 모인 순환매체의 온도를 높임으로써, 상기 룹실(30)에서 가열된 순환매체가 상기 연소실(10)의 하부로 공급되어, 상기 연소실(10)의 하부 온도를 미리 설정된 온도 이상으로 유지할 수 있다.
상기 룹실 배기가스 순환유로(220)는, 상기 공기 예열기(40)와 상기 룹실(30)의 하부에 설치된 룹실 윈드박스(34)를 연결하는 유로이다. 상기 룹실 배기가스 순환유로(220)의 일단은, 상기 공기 예열기(40)의 상부에 연결되고, 타단은 상기 룹실 윈드박스(34)의 하부에 연결된다. 상기 룹실 배기가스 순환유로(220)의 일단은 상기 공기 예열기(40)에서 흐르는 배기가스의 상류측에 연결되어, 비교적 고온의 배기가스를 상기 룹실(30)로 공급할 수 있다.
상기 배기가스 댐퍼(222)는, 상기 룹실 배기가스 순환유로(220)상에 설치되어, 상기 룹실(30)로 순환되는 배기가스의 순환유량을 제어한다. 상기 배기가스 댐퍼(222)는, 상기 연소실(10)의 하부 온도나 상기 보일러 시스템의 부하에 따라 상기 배기가스의 순환유량을 제어할 수 있다.
상기 배기가스 블로워(224)는, 상기 룹실 배기가스 순환유로(220)상에 설치되어, 상기 룹실(30)로 투입되기 위한 배기가스의 압력을 발생시킨다.
상기와 같이 구성된 배기가스 순환수단(200‘)을 포함함으로써, 상기 룹실(30) 내부에 모인 순환매체를 승온시켜, 승온된 순환매체를 상기 연소실(10)의 하부로 공급할 수 있다.
따라서, 상기 배기가스를 상기 룹실(34)로 순환시켜 순환매체를 승온시키는 경우, 상기 룹실(34) 내부 공간이 상기 연소실(10)의 공간에 비해 단면적이 작기 때문에, 상기 연소실(10)로 배기가스를 직접 순환시키는 경우에 비해 적은 양의 배기가스로도 상기 연소실(10)의 하부 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있다. 즉, 상기 배기가스의 순환량을 최소화시킬 수 있다.
또한, 상기 배기가스 댐퍼(222)를 통해 상기 배기가스의 순환 유량을 제어함으로써, 상기 보일러 시스템의 효율 저감을 최소화시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템의 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템은, 상기 공기 예열기(40) 내부의 배기가스 중 일부를 순환시키는 배기가스 순환수단(200‘’)을 포함하고, 상기 배기가스 순환수단(200’‘)은 상기 공기 예열기(40) 내부의 배기가스를 상기 연소실(10)의 하부로 안내하는 연소실 배기가스 순환유로(230)와, 상기 연소실 배기가스 순환유로(230)상에 설치된 배기가스 댐퍼(232)와, 상기 연소실 배기가스 순환유로(230)상에 설치된 배기가스 블로워(233)를 포함하는 것이 상기 일 실시예와 상이하고 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 설명하고 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
상기 배기가스 순환수단(200‘‘)은, 상기 공기 예열기(40) 상부의 배기가스 중 일부를 상기 연소실(10)의 하부로 직접 순환시킨다.
상기 연소실 배기가스 순환유로(230)는, 상기 공기 예열기(40)와 상기 공기 공급유로(60)를 연결하는 유로이다. 상기 연소실 배기가스 순환유로(230)의 일단은, 상기 공기 예열기(40)의 상부에 연결되고, 타단은 상기 공기 공급유로(60)에 연결된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 연소실 배기가스 순환유로(230)는, 상기 연소실(10)의 하부에 설치된 연소실 윈드박스(12)에 직접 연결되는 것도 물론 가능하다.
상기 배기가스 댐퍼(232)는, 상기 연소실 배기가스 순환유로(230)상에 설치되어, 상기 연소실(10)로 순환되는 배기가스의 순환 유량을 제어한다. 상기 배기가스 댐퍼(232)는, 상기 연소실(10)의 하부 온도나 상기 보일러 시스템의 운전 부하에 따라 상기 배기가스의 순환 유량을 제어할 수 있다.
상기 배기가스 블로워(234)는, 상기 연소실 배기가스 순환유로(230)상에 설치되어, 상기 연소실(10)로 투입되기 위한 배기가스의 압력을 발생시킨다.
상기와 같이 구성된 배기가스 순환수단(200‘’)을 포함함으로써, 상기 연소실(10)의 하부에 상기 배기가스를 직접 공급함으로써, 상기 연소실(10)의 하부 온도를 보다 신속하게 상승시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템의 구성이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 순환 유동층 보일러 시스템은, 상기 공기 예열기(40) 내부의 배기가스 중 일부를 상기 외부열교환기(100), 상기 룹실(30) 및 상기 연소실(10) 중 적어도 일부에 선택적으로 공급할 수 있는 배기가스 순환수단(200‘’‘)을 포함하고, 상기 배기가스 순환수단(200’‘’)은, 외부열교환기 배기가스 순환유로(210), 룹실 배기가스 순환유로(220), 연소실 배기가스 순환유로(230)를 모두 포함하는 것이 상기 일 실시예와 상이하고, 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 설명하고 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에서는, 상기 배기가스 순환수단(200’‘’)은, 외부열교환기 배기가스 순환유로(210), 룹실 배기가스 순환유로(220), 연소실 배기가스 순환유로(230)를 모두 포함하는 것으로 예를 들어 설명하나, 외부열교환기 배기가스 순환유로(210), 룹실 배기가스 순환유로(220), 연소실 배기가스 순환유로(230) 중 적어도 2개를 포함하는 것도 물론 가능하다.
또한, 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로(210), 상기 룹실 배기가스 순환유로(220), 상기 연소실 배기가스 순환유로(230)에 각각 유량제어밸브를 설치하여, 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로(210), 상기 룹실 배기가스 순환유로(220), 상기 연소실 배기가스 순환유로(230)를 선택적으로 개방시키거나 각 유로로 순환되는 배기가스의 유량을 서로 다르게 각각 제어할 수 있다.
상기 배기가스 순환수단(200‘’‘)은, 배기가스 댐퍼(212)와 배기가스 블로워(214)를 더 포함한다.
상기와 같이 구성된 배기가스 순환수단(200‘’‘)을 포함함으로써, 상기 공기 예열기(40)내부의 배기가스를 상기 외부열교환기(100), 상기 룹실(30) 및 상기 연소실(10)의 하부 중 적어도 하나로 선택적으로 공급함으로써, 상기 연소실(10)의 하부 온도를 상승시킬 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. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 연소실 20: 사이클론
30: 룹실 40: 공기 예열기
100: 외부열교환기 200: 배기가스 순환수단
210: 외부열교환기 배기가스 순환유로
220: 룹실 배기가스 순환유로
230: 연소실 배기가스 순환유로

Claims (12)

  1. 고체 연료와 순환 매체를 유동시키면서 연소시키는 연소실과;
    상기 연소실로부터 배출된 순환 매체와 배기가스가 유입되고, 상기 순환 매체와 상기 배기가스를 분리하여 배출시키는 사이클론과;
    상기 사이클론에서 배출된 순환 매체를 모은 후 상기 연소실로 배출시키는 룹실(Loopseal)과;
    상기 사이클론에서 배출된 배기가스가 유입되고, 상기 배기가스를 이용해 상기 연소실로 공급되는 공기를 예열시키는 공기 예열기와;
    상기 룹실에 연결되어, 상기 룹실에 모인 순환 매체 중 일부가 유입되고, 유입된 순환 매체의 열을 회수한 후 상기 연소실로 배출하는 외부열교환기(FBHE, Fluidized Bed Heat Exchanger)와;
    상기 연소실의 하부 온도가 미리 설정된 설정 온도 이하이면, 상기 공기 예열기 내부의 배기가스 중 일부를 상기 연소실, 상기 룹실 및 상기 외부열교환기 중 적어도 하나로 순환시켜, 상기 연소실로 순환되는 순환매체를 가열하는 배기가스 순환수단을 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기가스 순환수단은,
    상기 공기 예열기로 유입된 배기가스 중 일부를 상기 외부열교환기의 하부에 설치된 외부열교환기 윈드박스로 안내하는 외부열교환기 배기가스 순환유로를 포함하는 순환유동층 보일러 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배기가스 순환수단은,
    상기 외부열교환기 배기가스 순환유로에서 분기되고 상기 룹실의 하부에 설치된 룹실 윈드박스로 연결되어, 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로로 유입된 배기가스 중 일부를 상기 룹실 윈드박스로 안내하는 룹실 배기가스 순환유로를 더 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 배기가스 순환수단은,
    상기 외부열교환기 배기가스 순환유로에서 분기되고 상기 연소실의 하부에 설치된 연소실 윈드박스로 연결되어, 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로로 유입된 배기가스 중 일부를 상기 연소실 윈드박스로 안내하는 연소실 배기가스 순환유로를 더 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기가스 순환수단은,
    상기 공기 예열기로 유입된 배기가스 중 일부를 상기 룹실의 하부에 설치된 룹실 윈드박스로 안내하는 룹실 배기가스 순환유로를 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 배기가스 순환수단은,
    상기 룹실 배기가스 순환유로에서 분기되고 상기 연소실의 하부에 설치된 연소실 윈드박스로 연결되어,
    상기 공기 예열기로 유입된 배기가스 중 일부를 상기 연소실 윈드박스로 안내하도록 형성된 연소실 배기가스 순환유로를 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기가스 순환수단은,
    상기 공기 예열기로 유입된 배기가스 중 일부를 상기 연소실의 하부에 설치된 연소실 윈드박스로 안내하도록 형성된 연소실 배기가스 순환유로를 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 공기 예열기로 외부 공기를 안내하고, 상기 공기 예열기에서 예열된 공기를 상기 연소실 윈드박스로 안내하도록 형성된 공기 공급유로를 더 포함하고,
    상기 연소실 배기가스 순환유로는, 상기 공기 예열기와 상기 공기 공급유로를 연결하여, 상기 공기 예열기에서 유입된 배기가스를 상기 공기 공급유로를 통해 상기 연소실 윈드박스로 안내하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 배기가스 순환수단은,
    상기 외부열교환기 배기가스 순환유로에 설치되어, 상기 연소실의 하부 온도에 따라 상기 공기 예열기에서 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로로 유입되는 배기가스의 유량을 제어하는 배기가스 댐퍼를 더 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배기가스 순환수단은,
    상기 외부열교환기 배기가스 순환유로에 설치된 배기가스 블로워를 더 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 룹실과 상기 외부열교환기를 연결하여, 상기 룹실내의 순환 매체의 일부가 상기 외부열교환기로 공급되도록 안내하는 외부열교환기 순환매체 공급유로와,
    상기 외부열교환기 순환매체 공급유로에 설치되어, 상기 연소실의 하부 온도에 따라 상기 외부열교환기로 공급되는 순환매체의 유량을 제어하는 제어밸브를 더 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  12. 고체 연료와 순환 매체를 유동시키면서 연소시키는 연소실과;
    상기 연소실로부터 배출된 순환 매체와 배기가스가 유입되고, 상기 순환 매체와 상기 배기가스를 분리하여 배출시키는 사이클론과;
    상기 사이클론에서 배출된 순환 매체를 모은 후 상기 연소실로 배출시키는 룹실(Loopseal)과;
    상기 사이클론에서 배출된 배기가스가 유입되고, 상기 배기가스를 이용해 상기 연소실로 공급되는 공기를 예열시키는 공기 예열기와;
    상기 룹실에 연결되어, 상기 룹실에 모인 순환 매체 중 일부가 유입되고, 유입된 순환 매체의 열을 회수한 후 상기 연소실로 배출하는 외부열교환기(FBHE, Fluidized Bed Heat Exchanger)와;
    상기 룹실과 상기 외부열교환기를 연결하여, 상기 룹실에 모인 순환 매체 중 일부를 상기 외부열교환기로 안내하는 외부열교환기 순환매체 공급유로와;
    상기 외부열교환기 순환매체 공급유로상에 설치되어 순환매체의 유량을 제어하는 제어밸브와;
    상기 공기 예열기에서 상기 배기가스가 이동하는 경로상 상류측에 연결되어, 상기 공기 예열기 내부의 배기가스 중 일부를 상기 외부열교환기의 하부에 설치된 외부열교환기 윈드박스로 안내하는 외부열교환기 배기가스 순환유로와;
    상기 외부열교환기 배기가스 순환유로에서 분기되고 상기 룹실의 하부에 설치된 룹실 윈드박스로 연결되어, 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로로 유입된 배기가스 중 일부를 상기 룹실 윈드박스로 안내하는 룹실 배기가스 순환유로와;
    상기 외부열교환기 배기가스 순환유로에서 분기되고 상기 연소실의 하부에 설치된 연소실 윈드박스로 연결되어, 상기 외부열교환기 배기가스 순환유로로 유입된 배기가스 중 일부를 상기 연소실 윈드박스로 안내하는 연소실 배기가스 순환유로와;
    상기 외부열교환기 배기가스 순환유로에 설치되어, 상기 룹실에서 상기 외부열교환기로 공급되는 순환 매체의 유량에 따라 제어되는 배기가스 댐퍼와;
    상기 외부열교환기 배기가스 순환유로에 설치된 배기가스 블로워를 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템.
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