KR20190128463A - 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 갖는 순산소 순환유동층 연소장치 - Google Patents

배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 갖는 순산소 순환유동층 연소장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열분해, 연소, 가스화 등의 열화학적 전환공정에서 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 일측에 물질이 투입되기 위한 투입구가 형성된 반응부; 상기 반응부에 투입될 상기 물질이 수용된 호퍼부; 상기 투입구와 상기 호퍼부를 연결하도록 마련되어 상기 호퍼부에 수용된 상기 물질을 상기 반응부에 제공하는 공급라인을 형성하는 물질투입부; 상기 호퍼부에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하는 호퍼밸브부; 및 상기 물질투입부에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하는 투입밸브부를 포함하며, 상기 투입구의 전단이 상기 투입구 후단보다 압력이 높도록 하여 상기 물질의 역류를 방지하도록 상기 호퍼밸브부 및 상기 투입밸브부의 배가스 투입량이 제어되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 제공한다.

Description

배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기{CIRCULATING FLUIDIZED BED REACTOR FOR STABLE MATERIAL INPUT INCLUDING FLUE GAS RECIRCULATION}
본 발명은 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열분해, 연소, 가스화 등의 열화학적 전환공정에서 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입에 관한 것이다.
순산소 순환유동층 연소장치는 900 oC이하에서 순산소와 재순환되는 배기가스와 석회를 동시에 주입시켜 순환 연소시킴으로써 질소 산화물, 황산화물 등 오염물질 배출을 크게 줄일 수 있다.
이러한 순산소 순환유동층 연소장치는 전세계 석탄에 상당수를 차지하는 저질탄을 완전 연소할 수 있기 때문에 석탄 부족이 심각한 지역에서 더욱 각광 받으며 수요가 지속적으로 증가되고 있는 추세이다.
순환유동층 연소장치를 포함하는 모든 열화학적 전환공정들은, 낮게는 200 내지 300 ℃, 높게는 1000 ℃ 이상의 조업온도로 운전되기 때문에, 원하는 생성물을 생산하기 위해, 열분해, 연소, 가스화 등의 열화학적 전환공정에서 안정적으로 석회석, 연료, 유동사 등의 물질을 투입하는 것은 매우 중요하다.
그러나, 종래에는 열매체제인 유동사가 반응기 전구간을 순환할 때, 반응로 내 열기가 연료 투입라인으로 역류하게 되는 문제가 있었다.
이처럼, 반응로 내 열기가 음압 발생으로 연료 투입라인으로 역류하게 될 경우, 연료 투입라인에서 연료의 열화학적 반응이 일어나 운전이 불안정하게 이루어져, 설비에 고장이 발생하거나, 생성하고자 하는 생성물이 제대로 생성되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
하지만, 종래에는 반응로 내 열기가 연료 투입라인으로 역류하게 되는 문제를 해결하지 못했기 때문에, 반응로 내 열기가 연료 투입라인에 역류했을 때, 연료 투입라인 내 온도를 낮추기 위하여, 팬(fan)을 이용한 공냉식 혹은 수냉식 설비를 추가로 구비해야만 했다.
그러나, 이처럼 별도의 설비를 추가로 설치할 경우, 설치공간 및 비용이 추가로 소요되어 경제성이 저하되는 문제가 있으며, 연료 투입라인에서 발생하는 연료의 열화학적 반응을 완전히 없애기는 어렵다는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2014-0038673호
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 열분해, 연소, 가스화 등의 열화학적 전환공정에서 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 일측에 물질이 투입되기 위한 투입구가 형성된 반응부; 상기 반응부에 투입될 상기 물질이 수용된 호퍼부; 상기 투입구와 상기 호퍼부를 연결하도록 마련되어 상기 호퍼부에 수용된 상기 물질을 상기 반응부에 제공하는 공급라인을 형성하는 물질투입부; 상기 호퍼부에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하는 호퍼밸브부; 및 상기 물질투입부에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하는 투입밸브부를 포함하며, 상기 투입구의 전단이 상기 투입구 후단보다 압력이 높도록 하여 상기 물질의 역류를 방지하도록 상기 호퍼밸브부 및 상기 투입밸브부의 배가스 투입량이 제어되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 제공한다. 또한 재순환되는 배기가스가 상기 투입부 및 상기 호퍼부에 공급될 때 수분을 제거할 수 있는 믹싱탱크부 내 자동밸브부를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 호퍼부는, 유동사가 수용된 유동사호퍼; 석회석(CaCO3)이 수용된 석회석호퍼; 및 연료가 수용된 연료호퍼를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 물질투입부는, 상기 유동사호퍼와 연결되어 상기 투입구를 향해 상기 유동사를 이송하는 유동사투입라인; 상기 석회석호퍼와 연결되는 상기 투입구를 향해 상기 석회석을 이송하는 석회석투입라인; 상기 연료호퍼와 연결되는 상기 투입구를 향해 상기 연료를 이송하는 연료투입라인; 및 상기 유동사투입라인, 상기 석회석투입라인, 상기 연료투입라인이 합류하도록 마련되며, 상기 유동사, 석회석 및 연료를 상기 투입구로 계속 이송하도록 마련된 중심투입라인을 포함하며, 상기 연료투입라인이 상기 투입구와 가장 인접한 위치에서 상기 중심투입라인과 합류하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 호퍼밸브부는, 상기 유동사호퍼에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 유동사밸브; 상기 석회석호퍼에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 석회석밸브; 및 상기 연료호퍼에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 연료밸브를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연료호퍼 내 압력과 상기 중심투입라인 내 압력의 차이를 측정하는 연료압력측정부를 더 포함하며, 상기 연료밸브는, 상기 연료압력측정부과 연동되어 작동되며, 상기 연료호퍼 내 압력이 상기 중심투입라인 내 압력보다 높도록 상기 배가스의 투입량을 제어하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 투입밸브부는, 상기 유동사투입라인에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 제1 투입밸브; 상기 석회석투입라인에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 제2 투입밸브; 상기 연료투입라인에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 제3 투입밸브; 및 상기 중심투입라인에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 제4 투입밸브를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반응부는, 상기 투입구보다 높은 위치의 압력을 측정하도록 마련된 제1 반응압력계; 및 상기 투입구보다 낮은 위치의 압력을 측정하도록 마련된 제2 반응압력계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중심투입라인 내 압력에서 상기 제2 반응압력계에 의해 측정된 압력을 뺀 외부차압을 측정하도록 마련된 중심압력측정부를 더 포함하며, 상기 제4 투입밸브는, 상기 외부차압이, 상기 제1반응압력계에 의해 측정된 압력에서 상기 제2 반응압력계에 의해 측정된 압력을 뺀 내부차압보다 크도록 개방율이 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중심투입라인 내 온도를 측정하도록 마련된 온도측정부를 더 포함하며, 상기 온도측정부는, 상기 연료투입라인 및 상기 투입구 사이의 온도를 측정하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 온도측정부는, 측정된 상기 중심투입라인 내 온도 또는 승온 속도가 기설정된 정상치를 초과할 경우, 상기 반응부 내 물질이 역류한 것으로 판단하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 반응부 내 열기가 역류하여 물질투입부에서 열화학적 반응이 일어나는 문제를 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 물질이 안정적으로 반응부 내로 일정하게 투입되도록 함으로써, 운전이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 포함한 순산소 순환유동층 연소장치의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 포함한 순산소 순환유동층 연소장치의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기의 연료 투입을 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 종래의 연소장치의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 포함한 순산소 순환유동층 연소장치의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기의 예시도이다.
도 1에 도시된 것처럼, 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기(100)는 반응부(110), 호퍼부(120), 물질투입부(130), 호퍼밸브부(140), 투입밸브부(150), 연료압력측정부(160), 중심압력측정부(170) 및 온도측정부(180)를 포함하며, 상기 반응부(110)에 마련된 투입구(111)의 전단이 상기 투입구(111) 후단보다 압력이 높도록 하여 상기 물질의 역류를 방지하도록 상기 호퍼밸브부(140) 및 상기 투입밸브부(150)의 배가스 투입량이 제어되는 것을 특징으로 한다.
이하, 보다 구체적으로, 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기(100)의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
상기 반응부(110)는, 유동사, 석회석 및 연료 등의 물질이 투입되어 가스화, 연소 및 열분해 등의 열화학적 반응이 이루어질 수 있도록 마련되며, 일측에 상기 물질이 공급될 수 있는 투입구(111)가 형성된다.
그리고, 상기 반응부(110) 내에는 상기 투입구(111)보다 높은 위치의 압력을 측정하도록 마련된 제1 반응압력계(112) 및 상기 투입구(111)보다 낮은 위치의 압력을 측정하도록 마련된 제2 반응압력계(113)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 제1 반응압력계(112)와 상기 제2 반응압력계(113)는 상기 투입구(111)와 인접한 위치에 마련되되, 상기 투입구(111)로부터 각각 동일한 거리만큼 이격되어 마련될 수 있다.
상기 호퍼부(120)는 상기 반응부(110)에 투입될 상기 물질이 수용되며, 유동사호퍼(121), 석회석호퍼(122), 연료호퍼(123)를 포함할 수 있다.
상기 유동사호퍼(121)는 유동사를 수용하며, 상기 반응부(110)에 유동사를 공급하도록 마련될 수 있다.
상기 석회석호퍼(122)는 석회석(CaCO3)를 수용하며, 상기 반응부(110)에 석회석을 공급하도록 마련될 수 있다. 상기 석회석호퍼(122)는 석회석만 아니라, 다른 탈황제 또는 부식 및 클링커를 방지할 수 있는 기능성 재료와 같은 첨가제를 수용하여 상기 반응부(110)에 공급하도록 마련될 수도 있다.
상기 연료호퍼(123)는 연료를 수용하며, 상기 반응부(110)에 연료를 공급하도록 마련될 수 있다. 여기서, 상기 연료는 석탄, 저등급 고체연료를 포함한다.
상기 물질투입부(130)는 상기 투입구(111)와 상기 호퍼부(120)를 연결하도록 마련되어 상기 호퍼부(120)에 수용된 상기 물질을 상기 반응부(110)에 제공하는 공급라인을 형성하도록 마련될 수 있다. 그리고, 상기 물질투입부(130)는 유동사투입라인(131), 석회석투입라인(132), 연료투입라인(133) 및 중심투입라인(134)을 포함한다.
상기 유동사투입라인(131)은 상기 유동사호퍼(121)와 연결되어 상기 투입구(111)를 향해 상기 유동사를 이송하도록 마련될 수 있다.
상기 석회석투입라인(132)은 상기 석회석호퍼(122)와 연결되는 상기 투입구(111)를 향해 상기 석회석을 이송하도록 마련될 수 있다.
상기 연료투입라인(133)은 상기 연료호퍼(123)와 연결되는 상기 투입구(111)를 향해 상기 연료를 이송하도록 마련될 수 있다.
상기 중심투입라인(134)은 상기 유동사투입라인(131), 상기 석회석투입라인(132), 상기 연료투입라인(133)이 합류하도록 마련되며, 상기 유동사, 석회석 및 연료를 상기 투입구(111)로 계속 이송하도록 마련될 수 있다. 여기서, 상기 연료투입라인(133)이 상기 투입구(111)와 가장 인접한 위치에서 상기 중심투입라인(134)과 합류하도록 마련될 수 있다.
일 예로, 도시된 바와 같이, 상기 중심투입라인(134)은 일단이 상기 유동사투입라인(131)과 연결되고, 타단이 상기 투입구(111)와 연결되어 마련되며, 중간에 상기 석회석투입라인(132)과 상기 연료투입라인(133)이 연결되도록 마련될 수 있다. 이처럼 마련된 상기 중심투입라인(134)에는 유동사, 석회석, 연료가 순차적으로 유입되어 함께 상기 투입구(111)로 이송될 수 있다.
상기 호퍼밸브부(140)는 상기 호퍼부(120)에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련되며, 유동사밸브(141), 석회석밸브(142) 및 연료밸브(143)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 배가스는 순산소 순환유동층 연소공정에서 생성된 배가스를 지칭할 수 있으며, 산화제 혹은 별도의 가스 등이 더 포함될 수 있다.
상기 유동사밸브(141)는 상기 유동사호퍼(121)와 연결되어 상기 유동사호퍼(121)에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련될 수 있다.
상기 석회석밸브(142)는 상기 석회석호퍼(122)와 연결되어 상기 석회석호퍼(122)에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련될 수 있다.
상기 연료밸브(143)는 상기 연료호퍼(123)와 연결되어 상기 연료호퍼(123)에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련될 수 있다.
상기 투입밸브부(150)는 상기 물질투입부(130)에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련될 수 있으며, 제1 투입밸브(151), 제2 투입밸브(152), 제3 투입밸브(153) 및 제4 투입밸브(154)를 포함한다.
상기 제1 투입밸브(151)는 상기 유동사투입라인(131)에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련될 수 있다.
상기 제2 투입밸브(152)는 상기 석회석투입라인(132)에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련될 수 있다.
상기 제3 투입밸브(153)는 상기 연료투입라인(133)에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련될 수 있다.
상기 제4 투입밸브(154)는 상기 중심투입라인(134)에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련될 수 있다.
상기 연료압력측정부(160)는 상기 연료호퍼(123) 내 압력과 상기 중심투입라인(134) 내 압력의 차이를 측정하도록 마련될 수 있다.
그리고, 상기 연료밸브(143)는, 상기 연료압력측정부(160)과 연동되어 작동되며, 상기 연료호퍼(123) 내 압력이 상기 중심투입라인(134) 내 압력보다 높도록 상기 배가스의 투입량을 제어하도록 마련될 수 있다.
즉, 상기 연료호퍼(123) 내 압력이 상기 중심투입라인(134) 내 압력보다 낮을 경우, 상기 연료밸브(143)는 개방율을 높여서 상기 배가스의 투입량을 늘림으로써, 상기 연료호퍼(123) 내 압력이 상기 중심투입라인(134) 내 압력보다 높게 할 수 있다. 이처럼, 마련된 상기 연료밸브(143)는 상기 중심투입라인(134) 내 물질이 상기 연료호퍼(123) 내로 역류하는 문제를 방지할 수 있다.
상기 중심압력측정부(170)는 상기 중심투입라인(134) 내 압력에서 상기 제2 반응압력계(113)에 의해 측정된 압력을 뺀 외부차압을 측정하도록 마련될 수 있다. 상기 제4 투입밸브(154)는, 상기 외부차압이, 상기 제1반응압력계에 의해 측정된 압력에서 상기 제2 반응압력계(113)에 의해 측정된 압력을 뺀 내부차압보다 크도록 개방율이 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 중심압력측정부(170)에 의해 측정된 외부차압이 제1 반응압력계(112)와 제2 반응압력계(113)에 의해 측정된 압력값의 차이인 내부차압보다 낮을 경우, 상기 제4 투입밸브(154)를 더 개방하여 외부차압이 내부차압보다 높게 조절할 수 있다. 이처럼 마련된 상기 중심압력측정부(170) 및 상기 제4 투입밸브(154)는 상기 반응부(110) 내 물질이 상기 중심투입라인(134)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
단, 상기 외부차압이 상기 내부차압에 비해 지나치게 높을 경우, 물질의 투입속도가 지나치게 빨라지는 등의 문제가 발생할 수도 있기 때문에, 보다 안정적인 물질 투입을 위해, 상기 외부차압은 상기 내부차압에 비해 기설정된 범위 이내로 높은 값을 유지하도록 마련될 수 있다.
한편, 본 발명에서, 상기 제4 투입밸브(154)에 의해 상기 중심투입라인(134)으로 주입되는 배가스는 상기 중심투입라인(134) 내 물질의 진행방향으로 배가스가 주입되도록 할 수 있다.
상기 온도측정부(180)는 상기 중심투입라인(134) 내 온도를 측정하도록 마련되며, 상기 온도측정부(180)는, 상기 연료투입라인(133) 및 상기 투입구(111) 사이의 온도를 측정하도록 마련될 수 있다. 그리고, 상기 온도측정부(180)는, 측정된 상기 중심투입라인(134) 내 온도 또는 승온 속도가 기설정된 정상치를 초과할 경우, 상기 반응부(110) 내 물질이 역류한 것으로 판단하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 온도측정부(180)는 상기 반응부(110) 내 물질이 역류할 경우, 온도가 급상승하는 위치에 마련된다. 따라서, 상기 온도측정부(180)의 온도가 기설정된 온도를 초과할 경우나, 상기 온도의 승온 속도가 기설정된 정상치를 초과할 경우, 상기 반응부(110) 내 물질이 역류한 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 이처럼 상기 온도측정부(180)가 상기 반응부(110) 내 물질이 역류한 것으로 판단할 경우, 상기 제4 투입밸브(154)가 개방되어 중심투입라인(134) 내 압력을 더 높이도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 포함한 순산소 순환유동층 연소장치의 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 포함한 순산소 순환유동층 연소장치의 상세 구성도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 전술한 바와 같이 마련된 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기(100)는 싸이클론부(200), 입자순환부(300), 열교환부(400), 배가스밸브부(500), 배가스응축부(600), 칠러부(700) 및 믹싱탱크부(800)를 갖는 순산소 순환유동층 연소장치(1000)에 포함되어 작동될 수 있다.
상기 싸이클론부(200)는 상기 반응부(110)의 상부 일측에 연결되어, 상기 반응부(110)에서 생성된 가스와 유동사 등의 고체를 분리할 수 있다.
상기 입자순환유닛(300)은 상기 반응부(110)의 일측 및 상기 싸이클론부(200)의 하부와 연결되며, 상기 싸이클론부(200)로부터 유동사 등의 고체를 전달 받아 다시 반응부(110)에 재투입시키도록 마련될 수 있다.
상기 열교환부(400)는 상기 싸이클론부(200)의 일측에 연결되어 마련되며, 배가스의 열교환 및 정제 등이 이루어질 수 있다.
상기 배가스밸브부(500)는 상기 반응부(110)로부터 배출된 배가스를 상기 반응부(110)로 재공급하도록 마련된다. 구체적으로, 상기 배가스밸브부(150)는 상기 반응부(110)의 하류측에 마련되어, 상기 반응부(110)로부터 배출된 배가스 일부 또는 전부를 다시 반응부(110)로 재공급할 수 있다.
그리고, 상기 배가스밸브부(130)는 상기 반응부(110)로부터 배출된 배가스의 재순환량을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응부(110)로부터 배출된 배가스는 상기 반응부(110)로부터 배출되어 스택으로 배출된다. 이때, 상기 배가스밸브부(130)는 상기 반응부(110)와 상기 스택사이에 위치하여 개방됨으로써, 상기 스택으로 배출되는 배가스의 일부 또는 전부를 상기 반응부(110)로 이동하도록 유도할 수 있다.
그리고, 상기 배가스밸브부(130)는 배가스를 상기 반응부(110)로 재공급하기 위해, 우선, 배가스를 전술한 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기(100)의 호퍼밸브부(140) 및 투입밸브부(150)에 배가스를 이송하도록 마련될 수 있다.
상기 배가스응축부(600)는 상기 열교환부(400)와 상기 배가스밸브부(500) 사이에 마련되며, 배가스 내에 포함된 수분을 응축하여 제거하도록 마련될 수 있다. 이때, 상기 배가스응축부(600)는 상기 배가스 내 수분을 응축하기 위해 배가스를 40도 내지 50도의 온도로 냉각시킬 수 있다.
상기 칠러부(700)는 상기 열교환부(400)와 연결되어 마련되며, 상기 열교환부(400)로부터 제공받은 배가스를 냉각시켜 상기 열교환부(400)에 재투입하도록 마련될 수 있다. 이때, 상기 칠러부(700)는 30도 이하의 온도로 배가스를 냉각시키도록 마련될 수 있다.
상기 믹싱탱크부(800)는 상기 배가스밸브부(500)의 하류에 마련되며, 상기 반응부(100)로 재순환되는 배가스가 상기 투입밸브부(150) 및 상기 호퍼밸브부(140)에 공급되기 전에 상기 배가스 내 함유된 수분을 제거하도록 마련될 수 있다. 이를 위해, 상기 믹싱탱크부(800)에는 상기 배가스 내 함유된 수분을 제거할 수 있는 자동밸브가 구비될 수 있다.
배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기(100)가 적용된 순산소 순환유동층 연소장치(1000)의 상술한 구성은 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기(100)의 작동 과정을 이해하기 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기(100)의 연료 투입을 나타낸 그래프이다.
도 4를 더 참조하면, 본 발명은 연료를 투입한 2017년 09월 21일 23시 후에 연료가 추가된 다음에 연료의 중량이 일정하게 직선의 기울기를 갖도록 감소하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명은 전술한 압력 제어를 이용하여 반응부(110) 내 물질이 역류하지 않고, 반응부(110) 내에 안정적으로 물질을 공급하도록 할 수 있다.
도 5 및 도 6은 종래의 연소장치의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6에 도시된 것처럼, 종래에는 반응기 내에 연료 등의 물질을 공급할 때, 재순환된 배가스에 포함된 수분 때문에 연료 등의 물질이 굳어져 공급이 원활하게 이루어지지 못했다. 이러한 사실은 일시적으로 온도가 급강하 하는 지점이 발생한 것을 통해 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기를 포함한 순산소 순환유동층 연소장치의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
반면에, 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명은 재순환되는 배가스 내 함유된 수분을 배가스응축부(600), 칠러부(700) 및 믹싱탱크부(800)를 이용하여 제거함으로써, 배가스 내 함유된 수분이 연료를 굳히는 문제를 방지할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 보다 안정적으로 물질이 순환유동층 반응기 내에 투입되도록 할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기
110: 반응부 111: 투입구
112: 제1 반응압력계 113: 제2 반응압력계
120: 호퍼부 121: 유동사호퍼
122: 석회석호퍼 123: 연료호퍼
130: 물질투입부 131: 유동사투입라인
132: 석회석투입라인 133: 연료투입라인
134: 중심투입라인 140: 호퍼밸브부
141: 유동사밸브 142: 석회석밸브
143: 연료밸브 150: 투입밸브부
151: 제1 투입밸브 152: 제2 투입밸브
153: 제3 투입밸브 154: 제4 투입밸브
160: 연료압력측정부 170: 중심압력측정부
180: 온도측정부
1000: 순산소 순환유동층 연소장치
200: 싸이클론부 300: 입자순환부
400: 열교환부 500: 배가스밸브부
600: 배가스응축부 700: 칠러부
800: 믹싱탱크부

Claims (10)

  1. 일측에 물질이 투입되기 위한 투입구가 형성된 반응부;
    상기 반응부에 투입될 상기 물질이 수용된 호퍼부;
    상기 투입구와 상기 호퍼부를 연결하도록 마련되어 상기 호퍼부에 수용된 상기 물질을 상기 반응부에 제공하는 공급라인을 형성하는 물질투입부;
    상기 호퍼부에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하는 호퍼밸브부; 및
    상기 물질투입부에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하는 투입밸브부를 포함하며,
    상기 투입구의 전단이 상기 투입구 후단보다 압력이 높도록 하여 상기 물질의 역류를 방지하도록 상기 호퍼밸브부 및 상기 투입밸브부의 배가스 투입량이 제어되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호퍼부는,
    유동사가 수용된 유동사호퍼;
    석회석(CaCO3) 이 수용된 석회석호퍼; 및
    연료가 수용된 연료호퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 물질투입부는,
    상기 유동사호퍼와 연결되어 상기 투입구를 향해 상기 유동사를 이송하는 유동사투입라인;
    상기 석회석호퍼와 연결되는 상기 투입구를 향해 상기 석회석을 이송하는 석회석투입라인;
    상기 연료호퍼와 연결되는 상기 투입구를 향해 상기 연료를 이송하는 연료투입라인; 및
    상기 유동사투입라인, 상기 석회석투입라인, 상기 연료투입라인이 합류하도록 마련되며, 상기 유동사, 석회석 및 연료를 상기 투입구로 계속 이송하도록 마련된 중심투입라인을 포함하며,
    상기 연료투입라인이 상기 투입구와 가장 인접한 위치에서 상기 중심투입라인과 합류하도록 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 호퍼밸브부는,
    상기 유동사호퍼에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 유동사밸브;
    상기 석회석호퍼에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 석회석밸브; 및
    상기 연료호퍼에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 연료밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연료호퍼 내 압력과 상기 중심투입라인 내 압력의 차이를 측정하는 연료압력측정부를 더 포함하며,
    상기 연료밸브는, 상기 연료압력측정부과 연동되어 작동되며, 상기 연료호퍼 내 압력이 상기 중심투입라인 내 압력보다 높도록 상기 배가스의 투입량을 제어하도록 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 투입밸브부는,
    상기 유동사투입라인에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 제1 투입밸브;
    상기 석회석투입라인에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 제2 투입밸브;
    상기 연료투입라인에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 제3 투입밸브; 및
    상기 중심투입라인에 공급되는 배가스의 공급량을 제어하도록 마련된 제4 투입밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 반응부는,
    상기 투입구보다 높은 위치의 압력을 측정하도록 마련된 제1 반응압력계; 및
    상기 투입구보다 낮은 위치의 압력을 측정하도록 마련된 제2 반응압력계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중심투입라인 내 압력에서 상기 제2 반응압력계에 의해 측정된 압력을 뺀 외부차압을 측정하도록 마련된 중심압력측정부를 더 포함하며,
    제4 투입밸브는, 상기 외부차압이, 상기 제1 반응압력계에 의해 측정된 압력에서 상기 제2 반응압력계에 의해 측정된 압력을 뺀 내부차압보다 크도록 개방율이 제어되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 중심투입라인 내 온도를 측정하도록 마련된 온도측정부를 더 포함하며,
    상기 온도측정부는, 상기 연료투입라인 및 상기 투입구 사이의 온도를 측정하도록 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 온도측정부는, 측정된 상기 중심투입라인 내 온도 또는 승온 속도가 기설정된 정상치를 초과할 경우, 상기 반응부 내 물질이 역류한 것으로 판단하도록 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환을 포함하는 안정적 물질 투입을 위한 순환유동층 반응기.
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