KR20200088610A - 가스 예열기용 번들 헤더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러 가스예열기의 상부 헤더와 튜브 상단의 결합구조 개선으로 문제가 발생한 튜브에 대한 정비작업의 신속성 추구 및 가스 예열기의 가동중지 시간단축에 따른 가동 효율성의 증진, 하부 헤더측 헤더 노즐의 실링구조 개선으로 열팽창으로 인한 응력의 영향이 헤더 노즐의 변형방지와 밀봉 안정성을 강화할 수 있는 가스 예열기용 번들을 제공하려는 것으로서, 튜브 상단이 용접된 튜브 시트를 케이싱의 천장에 형성된 케이싱 플랜지에 얹고, 상기 튜브 시트 위에 상부 헤더의 중공형 헤더 플랜지를 중첩시킨 다음에 케이싱 플랜지와 튜브 시트 및 헤더 플랜지의 체결공을 일치시키고 보울트로 체결한 상부 헤더 - 튜브 시트 탈착형으로 이루어 지고, 하부 헤더의 번들 노즐은 상판에 노즐공이 뚫린 슬리브의 노즐공에 하향 관통시켜 용접하며, 실링 본체 내에 형성된 환상 패킹좌에 그랜드 링패킹을 삽입하고 푸시 플레이트가 그랜드 링패킹을 강화하면서 튜브의 팽창 및 수축시의 변형압력이 번들 노즐의 승강으로 소산되도록 한 가스 예열기용 번들 헤더를 특징으로 한다.

Description

가스 예열기용 번들 헤더{Bundle Header for Gas Preheater}

본 발명은 발전보일러용 가스예열기의 상부 헤더 구조를 개선하여 제작과 수압시험, 설비 운전 중에 튜브에 균열이 발생했을 때 그 수정 작업시간의 단축과 작업의 효율성을 증대시키고, 하부 헤더의 구조 개선과 번들 노즐용 밀폐수단의 개선으로 튜브의 팽창 및 수축압력을 번들 노즐이 소산시켜 튜브와 번들 노즐의 변형을 방지할 수 있게 한 가스 예열기용 번들 헤더에 관한 것이다.

가스 예열기는, 도 1에서 보듯이, 발전보일러의 연료인 부생가스(BFG, FOG)를 응축기로 응축시켜 발생하는 응축수를 증발기로 통과하는 연소가스의 열로 승온시켜 증기화함으로써 발전효율을 향상시키는 장비로서, 튜브와 헤더로 열교환하는 번들과 연료 및 배가스가 통과하는 케이싱으로 구성되며, 배가스 및 연료와 증기 그리고 응축수를 각각 분리 운전하는 밀폐형 자연 순환열교환기이다.

도 2, 도 3, 도 4는 기존 가스 예열기의 구조에서 번들 튜브의 상, 하부 헤더의 구조를 일부 발췌 도시한 것이다.

도 2에서 보듯이, 가스 예열기는 배가스가 통과하는 케이싱(1)과 그 내부에 설치된 튜브 번들(2)을 나타낸 것으로, 상부 번들(3)에 설치된 번들 노즐(4)로 증기가 공급되고, 그 증기의 현열은 튜브(5)의 전열면을 통하여 케이싱(1) 내에서 배가스와 열교환되어 배가스를 승온시키며, 열교환된 증기는 응축수로 응집되어 하부 번들(6)을 통해서 배출된다.

도 3에서와 같이, 종래의 상부 헤더(8)는 그 하단에 부착된 번들 플랜지(13)에 튜브(5)의 상단을 용접하고, 케이싱(1)의 천장에 마련된 케이싱 플렌지(11)의 상단에 번들 플랜지(13)를 얹은 다음에 보울트로 체결하였다.

발전보일러 운전 중에 알 수 없는 원인으로 튜브가 파공되는 등의 문제가 발생한 경우에는 가스 예열기의 가동을 일시 중지하고 헤더를 분리하여 튜브를 수정해야 하는데, 그러려면 번들 플랜지(13)와 튜브(5)의 상단을 접합한 용접부를 절단하는 작업이 선행되어야 했다.

상기 종래 구조에서의 문제점은 용접부를 절단하는 데 걸리는 시간이 길어 튜브를 수정하는 작업이 매우 더디고, 가스 예열기의 가동중지시간도 길어 가동효율이 저하된다는 점이다.

또, 도 4에서 보듯이, 종래의 하부 헤더(9)에는 번들 노즐(12)이 설치되어 있다. 가스 예열기 운전 중에 튜브가 열팽창되면 하부 헤더(9)에 좋지 못한 영향을 끼친다. 열응력으로 인하여 튜브(5)가 팽창 및 수축될 때 그 변형압력이 번들 노즐(12)에 전달되지만 번들 노즐(12)이 케이싱(1)의 바닥에 용접되어 구속되어있기 때문에 이들 간의 연결부 및 여타 용접부에 좋지 못한 영향을 끼치기도 한다.

등록실용신안 제20-0486194호

본 발명은 상부 헤더와 튜브 상단의 결합구조 개선으로 문제가 발생한 튜브에 대한 정비작업의 신속성 추구 및 가스 예열기의 가동중지 시간단축에 따른 가동 효율성의 증진시키고, 하부 헤더측 번들 노즐의 실링구조 개선으로 번들 노즐의 승강압력을 슬리브의 승강 작동으로 소산시켜 튜브와 번들 노즐의 변형을 방지하고, 그러면서도 번들 노즐측의 밀봉성이 유지될 수 있는 가스 예열기용 번들을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 튜브 상단이 용접된 튜브 시트를 케이싱의 천장에 형성된 케이싱 플랜지에 얹고, 상기 튜브 시트 위에 상부 헤더의 중공형 헤더 플랜지를 중첩시킨 다음에 케이싱 플랜지와 튜브 시트 및 헤더 플랜지의 체결공을 일치시켜 보울트로 체결한 상부 헤더 - 튜브 시트 탈착형으로 하며, 케이싱 바닥의 노즐공을 관통한 하부 헤더의 번들 노즐은 상판에 노즐공이 뚫린 슬리브의 노즐공에 하향 관통시켜 용접하고, 실링 본체의 내주면에 형성된 환상 패킹좌에 그랜드 링패킹을 삽입하여 푸시 플레이트로 그랜드 링패킹의 밑을 강하게 압박하도록 실링 본체에 체결하여 번들 노즐의 밀폐성을 강화하고 그랜드 링패킹 내에서 번들 노즐이 승강할 수 있게 한 가스 예열기용 번들 헤더로 구현한 것을 특징으로 한 것이다.

본 발명에 의하면, 상부 헤더에서 보울트를 풀면 헤더 플랜지와 튜브 시트가 상부 케이싱 플랜지에서 분리되고, 이렇게 분리한 후에 가스 예열기 운전 중에 하자가 발견된 튜브에 대한 정비작업에 즉각 임할 수 있으므로 종래의 용접형 상부 헤더-튜브 시트의 용접부를 절단하고 문제가 발생한 튜브를 정비하던 것에 비해서 튜브 정비작업이 매우 신속하고 간편하며, 가스 예열기의 가동 중지 시간이 짧아지느니만치 가스 예열기의 가동효율도 높다.

또, 케이싱의 바닥에 하부 헤더의 번들 노즐을 용접했던 종래와는 달리, 케이싱의 바닥 저면에 부착된 실링장치, 즉 실링본체 내에 삽입된 그랜드 링패킹을 푸시 플레이트로 압박해 번들노즐의 외주면에 대한 밀봉기능을 발휘하도록 체결한 비용접식 탈착형 실링장치는 튜브가 열팽창되거나 냉각 수축될 때 그 변화량에 영향을 받을 수밖에 없는 하부 헤더측 번들 노즐의 승강압력을 그랜드 링패킹 내에서 슬리브가 승강되면서 소산시킨다. 즉, 열 응력에 따라 튜브가 신축될 때 그 신축력은 번들 노즐에 전가되어 승강되려는 힘으로 작용하고, 그 승강력은 슬리브가 그랜드 링패킹 내에서 오르내림(상하 슬라이딩)으로 튜브, 나아가서는 번들 노즐에 가해지는 변형압력을 소산시킨다. 그 결과, 번들 노즐이 열팽창으로 인해 늘어나거나 수축되는 등의 변형이 일어나지 않는다. 튜브도 마찬가지다.

그러한 슬리브의 승강에도 실링장치에 의한 밀폐성은 변함이 없어 번들 노즐과 케이싱 바닥의 노즐공을 통한 가스누출현상도 철저히 방지된다.

도 1은 가스 예열기의 개념도
도 2는 종래 가스 예열기의 발췌도
도 3은 종래 가스 예열기의 상부 헤더 상세도
도 4는 종래 가스 예열기의 하부 헤더 상세도
도 5는 본 발명에 의한 가스 예열기의 상부 헤더 상세도
도 6은 본 발명에 의한 가스 예열기의 하부 헤더 상세도
도 7은 하부 헤더용 노즐 밀봉장치의 분해도

본 발명의 바람직한 실시예를 토대로 작성한 도 5 이하의 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

우선, 본 발명은 195℃에 달하는 보일러의 배가스를 가스 예열기의 증발기로 통과시켜 회수되는 현열로 증기를 발생시켜 응축기에 공급함으로써 부생가스를 30℃에서 100℃ 수준으로 상승시켜 보일러의 효율을 높이고, 발전에너지도 절감하는 데 적합한 가스 예열기용 번들 헤더에 초점을 맞춘다.

도 5는 본 발명의 상부 헤더(8)를 구체적으로 설명하기 위한 확대도이다.

본 발명은 도 5에서와 같이 상부 헤더(8)의 하단에는 중공형 번들 플레이트(13)를 부착하고, 튜브(2)의 상단이 관통하도록 지지된 튜브 시트(10)를 케이싱 플랜지(11)에 얹은 다음에 상기 케이싱 플랜지(11) 위에 상기 번들 플레이트(13)를 얹고 보울트로 체결한다.

가스 예열기 가동 중에 튜브 파공 등의 문제가 발생한 경우에는 보울트를 풀어 케이싱 플랜지(11)에서 번들 플랜지(13)와 번들 노즐(4)이 딸린 상부 헤더(8)를 분리하고, 문제가 발생한 튜브를 정비한다.

이를 케이싱 플랜지와 튜브 시트를 직결하던 종래의 가스 예열기용 번들 헤더에 비하면 본 발명은 상부 헤더(8)에서 튜브(5)의 상단을 절단하지 않고도 신속 간편하게 튜브 정비작업을 수행할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 하부 헤더(9)를 구체적으로 설명하기 위한 확대도와 분해도이다.

본 발명은 도 6, 도 7에서와 같이 배가스가 통과하는 케이싱(1)은 밀폐되어야 하므로 중앙에 노즐공이 천공된 평판이 상단에 부착된 슬리브(15)의 노즐공에 외부 배관이 연결되는 하부 헤더(9)에 딸린 번들 노즐(12)을 내리 끼워 용접하여 밀봉한다.

그리고 도 7과 같이 상기 슬리브(15)의 겉에 중공형 실링 본체(14)를 씌운 다음에 상기 슬리브(15)와 실링 본체(14)의 내주면에 형성된 환상 패킹좌(18)에 그랜드 링패킹(16)을 삽입한다.

상기 그랜드 링패킹(16)의 내주면은 상기 슬리브(15)의 외주면에 밀착될 수 있는 내경을 갖는다.

그리고, 상기 그랜드 링패킹(16)의 하단에 푸시 플레이트(17)를 대고 실링 본체(14)의 플랜지와 푸시 플레이트(17)의 하단에 형성된 외향 플랜지에 천공된 체결공을 일치시킨 후 보울트(20)로 체결하여 푸시 플레이트(17)로 하여금 그랜드 패킹(16)을 강하게 압박하게 함으로써 실링 본체(14)와 상기 슬리브(15)간을 빈틈없이 틀어막아 번들 노즐의 밀폐성을 강화한다.

튜브(5)가 열응력에 의해 신축될 때 그 신축력은 번들 노즐(12)에 곧장 전달되고, 슬리브(15)에도 그대로 전가된다. 이는 실링 본체(14)내에서 슬리브(15)의 승강력(상하 슬라이딩)으로 작용하여 튜브(5)와 번들 노즐(12)에 가해지는 변형압력으로 소산시킨다.

그 결과 튜브(5)와 번들 노즐(12)이 열팽창으로 인해 늘어나려거나 수축되려는 변형압력이 해소되어 안전해지고, 그러면서도 슬리브(15)에 대한 그랜드 링패킹(16)의 밀봉기능은 변함없이 발휘되어 케이싱 내의 배가스가 번들 노즐(12)쪽으로 누설되지 못하게 방지된다.

1: 케이싱
2: 튜브 번들
3: 상부 번들
4: (상부 헤더용) 번들 노즐
6: 하부 번들
8: 상부 헤더
9: 하부 헤더
10: 튜브 시트
11: 케이싱 플랜지
12: (하부 헤더용) 번들 노즐
13: 번들 플랜지
14: 실링 본체
15: 슬리브
16: 그랜드 링패킹
17: 푸시 플레이트
18: 패킹좌

Claims (1)

1. 튜브 상단이 용접된 튜브 시트를 케이싱의 천장에 형성된 케이싱 플랜지에 얹고, 상기 튜브 시트 위에 상부 헤더의 중공형 헤더 플랜지를 중첩시키고 케이싱 플랜지와 튜브 시트 및 헤더 플랜지의 체결공을 일치시켜 보울트로 체결한 상부 헤더 - 튜브 시트 탈착형으로 이루어지고, 하부 헤더의 번들 노즐은 케이싱의 바닥을 관통시킨 후 상판에 노즐공이 뚫린 슬리브의 노즐공으로 하향 관통시켜 용접하며, 실링 본체 내에 형성된 환상 패킹좌에 그랜드 링패킹을 삽입하고 푸시 플레이트로 그랜드 링패킹의 밑을 강하게 압박하도록 실링 본체에 체결하여 하부 번들 노즐의 밀폐성을 강화하고 튜브의 팽창 및 수축시의 변형압력이 번들 노즐의 승강으로 소산되도록 한 것을 특징으로 하는 가스 예열기용 번들 헤더.

Images