KR20210144066A - 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치와 이를 이용한 가스 샘플링 및 분석 방법 - Google Patents

유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치와 이를 이용한 가스 샘플링 및 분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 연소로 내부에서 안정적으로 직접 연소가스를 획득하여 분석에 이용하고, 연소가스 샘플링 중 미연소된 연료 또는 다량의 유동사에 의해 튜브가 막히는 현상을 미연에 방지하는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치는, 연소가 수행되는 연소로의 측벽과 결합되고, 일단이 연소로 내측에 위치하여 연소로 내 생성된 가스인 연소가스를 획득하기 위한 유로를 제공하는 샘플링포트; 샘플링포트의 타단과 결합되고 유체가 유동하는 내부 공간을 구비하는 유동챔버; 유동챔버와 연결되고, 유동챔버로 퍼징가스를 공급하여 샘플링포트를 퍼징가스가 통과하도록 하는 퍼징가스공급부; 유동챔버와 연결되고, 유동챔버를 통과한 연소가스로부터 불순물을 제거하는 필터부; 및 필터부를 통과한 후 냉각되고 액체 성분이 제거된 연소가스에 대한 가스 분석을 수행하는 가스분석부;를 포함한다.

Description

유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치와 이를 이용한 가스 샘플링 및 분석 방법{GAS SAMPLING AND ANALYSIS DEVICE THAT CAN BE APPLIED IN REAL TIME IN THE FLUIDIZED BED PROCESS AND GAS SAMPLING AND ANALYSIS METHOD USING THE SAME}
본 발명은, 연소로의 연소가스를 샘플링 한 후 분석을 수행하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연소로 내부에서 안정적으로 직접 연소가스를 획득하여 분석에 이용하고, 연소가스 샘플링 중 미연소된 연료 또는 다량의 유동사에 의해 튜브가 막히는 현상을 미연에 방지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
순환 유동층 보일러 시스템에서는 오염 물질의 저감이 중요하며, 이를 위해 연소로 내 연소가스에 포함되는 오염 물질에 대한 분석이 실시간으로 수행되는 것이 필요하다. 종래의 순환 유동층 공정에 적용된 가스 샘플링 및 분석 장치들은 구성이 복잡하여 설치가 용이하지 않거나 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 종래의 가스 샘플링 및 분석 장치들에서는, 기포 유동층 혹은 순환 유동층에서 유동사의 순환 영역이 적은 위치의 가스 분석을 위한 샘플링이 가능하지만, 순환 영역이 많은 연소로 내에서는 가스 샘플링 및 분석에 한계가 있어 중요한 오염물질 거동 측정에 어려움이 있는 것이 사실이다.
그리고, 종래의 가스 샘플링 및 분석 장치들에서는, 미연소된 연료 및 다량의 유동사에 의해 철 튜브(SUS Tube)에 막힘이 발생함으로써, 가스 분석에 요구되는 가스 샘플링량이 부족하게 되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2020-0019500호(발명의 명칭: 보일러의 연소환경 진단장치)에서는, 상기 화염부에 부착되고, 적어도 하나 이상의 온도센서와 연결된 적어도 하나 이상의 열 센서; 상기 화염부에 부착되고, 상기 열 센서의 감지대상이 연소할 때 발생되는 연소 생성물을 흡입하는 적어도 하나 이상의 연소가스 흡입센서; 및 상기 온도센서를 통해 측정된 온도정보와, 상기 열 센서에 대한 정보와, 상기 연소가스 흡입센서를 통해 흡입된 연소 생성물에 대한 정보 및 연료에 대한 정보를 이용하여 상기 열 센서와 상기 연소가스 흡입센서가 부착된 지점에서의 연소환경을 판단하는 제1 제어부;를 포함하는 보일러의 연소환경 진단장치가 개시되어 있다.
대한민국 공개특허 제10-2020-0019500호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 가스 샘플링 및 분석이 하나의 장치에서 수행되도록 하고, 그 장치의 구성을 단순하게 형성시키는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 연소로 내부에서 안정적으로 직접 연소가스를 획득하여 분석에 이용하도록 하는 것이다.
그리고, 본 발명의 목적은, 연소가스 샘플링 중 미연소된 연료 또는 다량의 유동사에 의해 튜브가 막히는 현상을 미연에 방지하는 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, 연소가 수행되는 연소로의 측벽과 결합되고, 일단이 상기 연소로 내측에 위치하여 상기 연소로 내 생성된 가스인 연소가스를 획득하기 위한 유로를 제공하는 샘플링포트; 상기 샘플링포트의 타단과 결합되고 유체가 유동하는 내부 공간을 구비하는 유동챔버; 상기 유동챔버와 연결되고, 상기 유동챔버로 퍼징가스를 공급하여 상기 샘플링포트를 상기 퍼징가스가 통과하도록 하는 퍼징가스공급부; 상기 유동챔버와 연결되고, 상기 유동챔버를 통과한 상기 연소가스로부터 불순물을 제거하는 필터부; 및 상기 필터부를 통과한 후 냉각되고 액체 성분이 제거된 상기 연소가스에 대한 가스 분석을 수행하는 가스분석부;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 필터부와 연결되고, 상기 필터부를 통과한 상기 연소가스에 대한 냉각을 수행하는 열교환부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 열교환부와 상기 가스분석부 사이에 설치되고, 상기 연소가스로부터 액체 성분을 분리시키는 분배부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 유동챔버와 상기 퍼징가스공급부를 연결하는 배관인 퍼징배관; 및 상기 퍼징배관과 결합되고, 상기 퍼징배관을 따라 유동하는 상기 퍼징가스의 유동을 제어하는 퍼징밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 유동챔버와 상기 필터부를 연결하는 배관인 필터배관; 및 상기 필터배관과 결합되고, 상기 필터배관을 따라 유동하는 상기 연소가스의 유동을 제어하는 필터밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 필터부와 상기 열교환부를 연결하는 배관인 열교환배관; 및 상기 열교환배관과 결합되고, 상기 열교환배관을 따라 유동하는 상기 연소가스의 유동을 제어하는 열교환밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 샘플링포트는, 일단이 상기 연소로 내측에 위치하고 타단이 상기 연소로 외측에 위치하며 상기 연소가스에 유로를 제공하는 튜브인 샘플링튜브; 소결합금으로 형성되어 상기 샘플링튜브의 일단과 결합하고 상기 연소가스에 유로를 제공하는 기공체, 및 상기 샘플링튜브와 결합되고 상기 연소로의 측벽과 결합되어 상기 샘플링튜브를 고정 지지하는 지지체,를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 샘플링포트를 세척하는 상기 퍼징가스는, 수증기 또는 산화제일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 상기 유동챔버와 상기 퍼징가스공급부의 연결이 차단되고, 상기 연소로에서 생성된 상기 연소가스가 상기 샘플링포트를 통과하여 상기 유동챔버로 유동하는 제1단계; 상기 유동챔버로부터 상기 필터부로 상기 연소가스가 유동하고, 상기 필터부에서 상기 연소가스에 대한 여과가 수행되는 제2단계; 여과된 상기 연소가스가 상기 열교환부를 통과하면서 냉각되고, 냉각된 상기 연소가스가 상기 분배부를 통과하면서 상기 연소가스로부터 액체 성분이 분리 제거되는 제3단계; 상기 분배부를 통과한 상기 연소가스 상기 가스분석부로 유동하고, 상기 연소가스에 대한 가스 분석이 수행되는 제4단계; 및 상기 유동챔버와 상기 필터부의 연결이 차단되고, 상기 퍼징가스가 상기 샘플링포트에 공급되어 상기 샘플링포트가 세척되는 제5단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 샘플링포트를 연소로에 결합시킨 후, 연소가스가 필터부, 열교환기, 분배부 등을 거쳐 가스분석부에서 분석되도록 하는 단순한 구성으로 하나의 장치에서 가스 샘플링 및 분석이 수행되므로, 가스 샘플링 및 분석의 효율을 증대시킬 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명의 효과는, 샘플링포트가 연소로 내측에서 직접 연소가스를 획득하고, 소결합금으로 형성된 구성이 열로부터 샘플링포트의 튜브를 보호하므로, 안정적으로 연소로 내 연소가스를 획득하고, 이와 같은 연소가스를 분석하여 분석 정확도를 향상시킬 수 있다는 것이다.
그리고, 본 발명의 효과는, 가스 샘플링 및 분석 후, 퍼징가스를 이용하여 샘플링포트 내부를 세척 가능하므로, 연소가스 샘플링 중 미연소된 연료 또는 다량의 유동사에 의해 튜브가 막히는 현상을 방지할 수 있다는 것이다.
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 일 실시 예에 따른 가스 샘플링 및 분석 장치에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 샘플링포트에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예와 각각의 비교 예에 따른 샘플링포트에 대한 이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 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 실시 예를 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 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 샘플링 및 분석 장치에 대한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 샘플링포트(100)에 대한 모식도이다.
도 1과 도 2에서 보는 바와 같이, 순환 유동층 보일러 시스템 등에 이용되는 연소로에서 생성된 연소 가스를 수집하여 분석하기 위한 본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치는, 연소가 수행되는 연소로의 측벽과 결합되고, 일단이 연소로 내측에 위치하여 연소로 내 생성된 가스인 연소가스를 획득하기 위한 유로를 제공하는 샘플링포트(100); 샘플링포트(100)의 타단과 결합되고 유체가 유동하는 내부 공간을 구비하는 유동챔버(300); 유동챔버(300)와 연결되고, 유동챔버(300)로 퍼징가스를 공급하여 샘플링포트(100)를 퍼징가스가 통과하도록 하는 퍼징가스공급부(210); 유동챔버(300)와 연결되고, 유동챔버(300)를 통과한 연소가스로부터 불순물을 제거하는 필터부(410); 및 필터부(410)를 통과한 후 냉각되고 액체 성분이 제거된 연소가스에 대한 가스 분석을 수행하는 가스분석부(620);를 포함한다.
그리고, 본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치는, 필터부(410)와 연결되고, 필터부(410)를 통과한 연소가스에 대한 냉각을 수행하는 열교환부(510);를 더 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치는, 열교환부(510)와 가스분석부(620) 사이에 설치되고, 연소가스로부터 액체 성분을 분리시키는 분배부(610);를 더 포함할 수 있다. 상기와 같이, 본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치는, 단순한 구성으로 하나의 장치에서 가스 샘플링 및 분석이 수행되므로, 가스 샘플링 및 분석의 효율을 증대시킬 수 있다
유동챔버(300)는 연소가스 또는 퍼징가스가 통과하는 공간을 제공하며, 이와 같이 연소가스가 샘플링포트(100)로부터 배출되는 공간과 샘플링포트(100)로 유입되는 퍼징가스가 동일한 공간을 통과하게 되어 장치의 구성이 단순해짐으로써 작동 신뢰도가 향상될 수 있다.
필터부(410)는, 유동챔버(300)를 통과한 연소가스가 통과 시, 연소가스 내 포함된 재(회분), 유동사, 기타 불순물 등을 여과시켜 제거할 수 있다. 이와 같이 불순물이 제거된 연소가스가 열교환부(510)로 전달되므로, 불순물에 의한 열교환부(510)의 손상 등을 미연에 방지할 수 있다. 그리고, 열교환부(510)에서는 냉매와 연소가스 간 열교환이 수행됨으로써 연소가스에 대한 냉각이 수행될 수 있으며, 이와 같은 냉각에 의해 연소가스에는 물과 같은 액체 성분이 생성 포함될 수 있다.
분배부(610)는, 상기와 같이 연소가스 내 존재하는 액체 성분을 분리하여 제거함으로써, 연소가스를 가스 분석에 적합한 상태로 만들어주며, 가스분석부(620)에서는 분배부(610)로부터 전달된 연소가스를 분석하여, 연소가스 내 존재하는 이산화황(SO2), 일산화탄소(CO), 산화질소(NO, NO2), 이산화탄소(CO2), 산소(O2) 등의 농도를 측정할 수 있다.
연소로의 상부 측벽에는 연소가스가 배출되기 위한 타공 부위가 형성되고, 연소로의 타공 부위에는 배출되는 연소가스에 유로를 제공하는 배관인 원통형의 배출관이 형성될 수 있다. 그리고, 배출관에 샘플링포트(100)가 결합될 수 있으며, 이와 같은 배출관에 의해 샘플링포트(100)가 고정 지지될 수 있다.
샘플링포트(100)는, 일단이 연소로 내측에 위치하고 타단이 연소로 외측에 위치하며 연소가스에 유로를 제공하는 튜브인 샘플링튜브(120); 소결합금으로 형성되어 샘플링튜브(120)의 일단과 결합하고 연소가스에 유로를 제공하는 기공체(110), 및 샘플링튜브(120)와 결합되고 연소로의 측벽과 결합되어 샘플링튜브(120)를 고정 지지하는 지지체(130),를 구비할 수 있다.
샘플링튜브(120)는 스테인레스스틸(SUS) 소재로 형성되어 내식성, 내열성 등의 성질을 구비할 수 있다. 다만, 샘플링튜브(120)의 소재가 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 샘플링튜브(120)는 관의 형상을 구비할 수 있다. 그리고, 지지체(130)의 중앙 부위를 샘플링튜브(120)가 관통하여 고정됨으로써 샘플링튜브(120)와 지지체(130)가 결합될 수 있으며, 연소로의 내측을 향하는 지지체(130)의 일면에는 홈이 형성될 수 있다. 지지체(130)의 홈 내측면에는 암나사산이 형성되고 배출관의 외측면에는 수나사산이 형성되어, 지지체(130)의 홈과 배출관이 나사 결합됨으로써, 상기와 같이 샘플링튜브(120)의 일단이 연소로 내측에 위치하고 샘플링튜브(120)의 타단이 연소로 외측에 위치할 수 있다.
기공체(110)는 내열성, 내식성 등이 우수한 소결 금속(sintered metal) 또는 소결 합금(sintered alloy)으로 형성될 수 있으며, 기공체(110)의 내부에는 연소가스가 유동하는 유로가 형성되어 있고, 도 2에서 보는 바와 같이, 기공체(110)는, 샘플링튜브(120)의 일단과 그 인접 부위를 둘러싸는 형상으로 형성되거나 기공체(110)의 말단이 샘플링튜브(120)의 일단과 결합되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 고온의 연소가스와 유동사가 기공체(110)를 통과하더라도 기공체(110)의 변형 또는 손상이 방지되어 샘플링튜브(120)를 통과하는 연소가스 유량이 안정적으로 됨으로써, 가스분석부(620)까지 전달되는 연소가스 유량이 안정적으로 되고, 결과적으로 연소가스 분석의 정밀도가 향상될 수 있다.
샘플링포트(100)를 세척하는 퍼징가스는, 수증기 또는 산화제일 수 있다. 구체적으로, 퍼징가스는 연소로의 열에너지를 이용하여 물을 가열하여 생성된 수증기일 수 있다. 또는, 퍼징가스는 연소로의 열에너지를 이용하여 예열된 산화제일 수 있다. 이와 같은 퍼징가스는 먼저 퍼징가스공급부(210)로 전달되어 저장되었다가, 샘플링포트(100)의 세척이 요구되는 경우 퍼징가스공급부(210)로부터 배출될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 연소가스 샘플링 중 미연소된 연료 또는 다량의 유동사에 의해 샘플링튜브(120)가 막히는 현상을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치는, 유동챔버(300)와 퍼징가스공급부(210)를 연결하는 배관인 퍼징배관(220); 및 퍼징배관(220)과 결합되고, 퍼징배관(220)을 따라 유동하는 퍼징가스의 유동을 제어하는 퍼징밸브(230);를 더 포함할 수 있다. 여기서, 퍼징밸브(230)는, 전자밸브로써 볼 밸브 방식일 수 있다. 다만, 밸브 방식이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치는, 유동챔버(300)와 필터부(410)를 연결하는 배관인 필터배관(420); 및 필터배관(420)과 결합되고, 필터배관(420)을 따라 유동하는 연소가스의 유동을 제어하는 필터밸브(430);를 더 포함할 수 있다. 여기서, 필터밸브(430)는 전자밸브로써 니들 밸브 방식일 수 있다. 이에 따라, 필터밸브(430)를 통과한 연소가스의 압력이 감소되면서 연소가스의 유동 속도가 감소되고, 이와 같이 유동 속도가 감소된 연소가스가 필터부(410)를 통과하므로, 필터부(410)의 여과 효율이 증대될 수 있다.
본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치는, 필터부(410)와 열교환부(510)를 연결하는 배관인 열교환배관(520); 및 열교환배관(520)과 결합되고, 열교환배관(520)을 따라 유동하는 연소가스의 유동을 제어하는 열교환밸브(530);를 더 포함할 수 있다. 여기서, 열교환밸브(530)는 전자밸브로써 볼 밸브 방식일 수 있다. 다만, 밸브 방식이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치는, 퍼징밸브(230), 필터밸브(430) 및 열교환밸브(530)에 제어신호를 전달하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 사용자가 제어부에 가스 샘플링 및 분석 진행 명령을 전달하는 경우, 제어부는 퍼징밸브(230)에 밸브를 폐쇄시키는 신호인 off신호를 전달하고, 필터밸브(430)에 밸브를 개방시키는 신호인 on신호를 전달하며, 열교환밸브(530)에 on신호를 전달할 수 있고, 이에 따라, 연소로에서 생성된 연소가스는 샘플링포트(100), 유동챔버(300), 필터부(410), 열교환부(510), 분배부(610) 및 가스분석부(620)를 순차적으로 통과할 수 있다.
그리고, 가스 분석 샘플링 진행을 위한 소정의 시간이 도과하거나 사용자가 제어부에 가스 샘플링 및 분석 중지 명령을 전달하는 경우, 제어부는 퍼징밸브(230)에 on신호를 전달하고, 필터밸브(430)에 off신호를 전달하며, 열교환밸브(530)에 off신호를 전달할 수 있고, 이에 따라, 퍼징가스공급부(210)에서 공급되는 퍼징가스는 유동챔버(300) 및 샘플링포트(100)를 순차적으로 통과하고, 퍼징가스에 의해 샘플링포트(100)에 대한 세척이 수행될 수 있다.
이하, 순환 유동층 보일러 시스템에서 가스 샘플링 및 분석을 수행하는 실험 예와 각각의 비교 예에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 순환 유동층 보일러 시스템은 연소로, 싸이클론, 루프실, 제1열교환기 등을 포함하는 종래기술의 순환 유동층 보일러 시스템일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예와 각각의 비교 예에 따른 샘플링포트에 대한 이미지이다. 여기서, 도 3의 (a)는 [비교 예 1]의 샘플링포트에 대한 이미지이고, 도 3의 (b)는 [실시 예]의 샘플링포트에 대한 이미지이며, 도 3의 (c)는 [비교 예 2]의 샘플링포트에 대한 이미지이고, 도 3의 (d)는 [비교 예 3] 내지 [비교 예 5]에서 이용된 샘플링포트에 대한 이미지이다.
[실시 예]
SUS로 형성되고 단면 직경이 1/4in(인치)인 샘플링튜브(120), 소결 철(Fe) 합금으로 형성된 기공체(110), 및 지지체(130)를 구비하는 샘플링포트(100)를 마련하였다. 그리고, 높이 10m(미터)의 연소로에 샘플링포트(100)를 4m(미터)의 설치 높이로 설치하고 가스 샘플링 및 분석을 수행하였다. 여기서, 설치 높이는 연소로의 바닥으로부터 샘플링포트(100)의 일단까지의 수직 길이일 수 있다. 이하, 동일하다.
[비교 예 1]
SUS로 형성되고 단면 직경이 1/4in(인치)인 튜브, 연소로 내측에 위치하는 튜브의 일단에 형성된 석영필터, 및 지지체(130)를 구비하는 샘플링포트를 마련하였다. 그리고, 높이 10m(미터)의 연소로에 샘플링포트를 2.3m(미터)의 설치 높이로 설치하고 가스 샘플링 및 분석을 수행하였다.
[비교 예 2]
SUS로 형성되고 단면 직경이 1/5in(인치)인 튜브, 소결 철(Fe) 합금으로 형성된 기공체(110), 및 지지체(130)를 구비하는 샘플링포트를 마련하였다. 그리고, 높이 10m(미터)의 연소로에 샘플링포트를 6.2m(미터)의 설치 높이로 설치하고 가스 샘플링 및 분석을 수행하였다.
[비교 예 3]
SUS로 형성되고 단면 직경이 1/4in(인치)인 튜브, 및 지지체(130)를 구비하는 샘플링포트를 마련하였다. 그리고, 높이 10m(미터)의 연소로에 샘플링포트를 8m(미터)의 설치 높이로 설치하고 가스 샘플링 및 분석을 수행하였다.
[비교 예 4]
SUS로 형성되고 단면 직경이 1/4in(인치)인 튜브, 및 지지체(130)를 구비하는 샘플링포트를 마련하였다. 그리고, 연소로와 싸이클론 사이의 배관에 샘플링포트를 설치하고 가스 샘플링 및 분석을 수행하였다.
[비교 예 5]
SUS로 형성되고 단면 직경이 1/4in(인치)인 튜브, 및 지지체(130)를 구비하는 샘플링포트를 마련하였다. 그리고, 제1열교환기의 전단에 형성된 배관에 샘플링포트를 설치하고 가스 샘플링 및 분석을 수행하였다.
[실시 예]에 의한 가스 분석 결과, 연소가스에 이산화황(SO2)은 11ppm, 일산화탄소(CO)는 3229ppm, 일산화질소(NO)는 199ppm, 아산화질소(N2O)는 94ppm, 산소(O2)는 6.11vol.%, 이산화탄소(CO2)는 13.6vol.%로 포함되는 것으로 분석되었다.
[비교 예 1]에 의한 가스 분석 결과, 연소가스에 이산화황(SO2)은 9ppm, 일산화탄소(CO)는 3585ppm, 일산화질소(NO)는 185ppm, 아산화질소(N2O)는 75ppm, 산소(O2)는 9.63vol.%, 이산화탄소(CO2)는 10.32vol.%로 포함되는 것으로 분석되었다.
[비교 예 ２]에 의한 가스 분석 결과, 연소가스에 이산화황(SO2)은 8ppm, 일산화탄소(CO)는 927ppm, 일산화질소(NO)는 201ppm, 아산화질소(N2O)는 85ppm, 산소(O2)는 7vol.%, 이산화탄소(CO2)는 13vol.%로 포함되는 것으로 분석되었다.
[비교 예 3]에 의한 가스 분석 결과, 연소가스에 이산화황(SO2)은 6ppm, 일산화탄소(CO)는 1355ppm, 일산화질소(NO)는 159ppm, 아산화질소(N2O)는 97ppm, 산소(O2)는 5vol.%, 이산화탄소(CO2)는 15vol.%로 포함되는 것으로 분석되었다.
[비교 예 4]에 의한 가스 분석 결과, 연소가스에 이산화황(SO2)은 3ppm, 일산화탄소(CO)는 200ppm, 일산화질소(NO)는 151ppm, 아산화질소(N2O)는 92ppm, 산소(O2)는 4.4vol.%, 이산화탄소(CO2)는 15.79vol.%로 포함되는 것으로 분석되었다.
[비교 예 5]에 의한 가스 분석 결과, 연소가스에 이산화황(SO2)은 2ppm, 일산화탄소(CO)는 172ppm, 일산화질소(NO)는 178ppm, 아산화질소(N2O)는 90ppm, 산소(O2)는 4.41vol.%, 이산화탄소(CO2)는 15.79vol.%로 포함되는 것으로 분석되었다.
[실시 예]와 [비교 예 1]을 비교한 결과, 연소가스에 가장 많이 포함된 일산화탄소(CO)의 농도(ppm)는 [비교 예 1]이 다소 높았으나, 나머지 물질의 농도는 [실시 예]에서 더 높게 측정되어, 튜브의 일단에 석영필터를 결합한 경우보다 본 발명과 같이 샘플링튜브(120)에 기공체(110)를 결합한 경우 가스 샘플링의 효율이 증대됨을 확인할 수 있다.
[실시 예]와 [비교 예 2]를 비교한 결과, 일산화탄소(CO)의 농도(ppm)는 [실시 예]에서 더 높게 측정되었다. 당초, 튜브의 단면 직경이 상대적으로 더 작은 경우 가스 분석에 더 유리할 것을 판단되었으나, [실시 예]와 [비교 예 3]에서 보는 바와 같이, 튜브의 단면 직경이 유동사 입자 평균 직경을 고려하여 소정의 수치로 형성되는 경우 가스 샘플링을 위한 연소가스 획득에 유리함을 확인할 수 있다.
[실시 예]와 [비교 예 3]을 비교한 결과, 일산화탄소(CO)의 농도(ppm)는 [실시 예]에서 현저히 높게 측정되었다. 여기서, [비교 예 3]에서는 [실시 예]와 달리 기공체(110)에 의해 튜브의 일단이 보호되지 못하여 변형됨으로써 [비교 예 3]의 샘플링포트로 유동하는 연소가스의 유량이 상대적으로 부족함을 확인할 수 있다.
[실시 예]와 [비교 예 4] 및 [비교 예 5]를 비교한 결과, 일산화탄소(CO), 이산화황(SO2) 등의 농도(ppm)는 [실시 예]에서 현저히 높게 측정되었다. 이에 따라, 연소로 내부에서 직접적으로 연소가스 샘플을 획득하는 것이 연소가스 분석 정확도를 향상시킨다는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치를 포함하는 순환 유동층 보일러 시스템을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치를 이용한 가스 샘플링 및 분석 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 제1단계에서, 유동챔버(300)와 퍼징가스공급부(210)의 연결이 차단되고, 연소로에서 생성된 연소가스가 샘플링포트(100)를 통과하여 유동챔버(300)로 유동할 수 있다. 그리고, 제2단계에서, 유동챔버(300)로부터 필터부(410)로 연소가스가 유동하고, 필터부(410)에서 연소가스에 대한 여과가 수행될 수 있다.
다음으로, 제3단계에서, 여과된 연소가스가 열교환부(510)를 통과하면서 냉각되고, 냉각된 연소가스가 분배부(610)를 통과하면서 연소가스로부터 액체 성분이 분리 제거될 수 있다. 그리고, 제4단계에서, 분배부(610)를 통과한 연소가스 가스분석부(620)로 유동하고, 연소가스에 대한 가스 분석이 수행될 수 있다.
그 후, 제5단계에서, 유동챔버(300)와 필터부(410)의 연결이 차단되고, 퍼징가스가 샘플링포트(100)에 공급되어 샘플링포트(100)가 세척될 수 있다. 나머지 사항에 대해서는, 상기된 본 발명의 가스 샘플링 및 분석 장치의 설명에 기재된 사항과 동일할 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 실시 예들은 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 : 샘플링포트 110 : 기공체
120 : 샘플링튜브 130 : 지지체
210 : 퍼징가스공급부 220 : 퍼징배관
230 : 퍼징밸브 300 : 유동챔버
410 : 필터부 420 : 필터배관
430 : 필터밸브 510 : 열교환부
520 : 열교환배관 530 : 열교환밸브
610 : 분배부 620 : 가스분석부
700 : 연소로 710 : 배출관

Claims (10)

  1. 연소가 수행되는 연소로의 측벽과 결합되고, 일단이 상기 연소로 내측에 위치하여 상기 연소로 내 생성된 가스인 연소가스를 획득하기 위한 유로를 제공하는 샘플링포트;
    상기 샘플링포트의 타단과 결합되고 유체가 유동하는 내부 공간을 구비하는 유동챔버;
    상기 유동챔버와 연결되고, 상기 유동챔버로 퍼징가스를 공급하여 상기 샘플링포트를 상기 퍼징가스가 통과하도록 하는 퍼징가스공급부;
    상기 유동챔버와 연결되고, 상기 유동챔버를 통과한 상기 연소가스로부터 불순물을 제거하는 필터부; 및
    상기 필터부를 통과한 후 냉각되고 액체 성분이 제거된 상기 연소가스에 대한 가스 분석을 수행하는 가스분석부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터부와 연결되고, 상기 필터부를 통과한 상기 연소가스에 대한 냉각을 수행하는 열교환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열교환부와 상기 가스분석부 사이에 설치되고, 상기 연소가스로부터 액체 성분을 분리시키는 분배부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 유동챔버와 상기 퍼징가스공급부를 연결하는 배관인 퍼징배관; 및
    상기 퍼징배관과 결합되고, 상기 퍼징배관을 따라 유동하는 상기 퍼징가스의 유동을 제어하는 퍼징밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 유동챔버와 상기 필터부를 연결하는 배관인 필터배관; 및
    상기 필터배관과 결합되고, 상기 필터배관을 따라 유동하는 상기 연소가스의 유동을 제어하는 필터밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 필터부와 상기 열교환부를 연결하는 배관인 열교환배관; 및
    상기 열교환배관과 결합되고, 상기 열교환배관을 따라 유동하는 상기 연소가스의 유동을 제어하는 열교환밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 샘플링포트는,
    일단이 상기 연소로 내측에 위치하고 타단이 상기 연소로 외측에 위치하며 상기 연소가스에 유로를 제공하는 튜브인 샘플링튜브;
    소결합금으로 형성되어 상기 샘플링튜브의 일단과 결합하고 상기 연소가스에 유로를 제공하는 기공체, 및
    상기 샘플링튜브와 결합되고 상기 연소로의 측벽과 결합되어 상기 샘플링튜브를 고정 지지하는 지지체,를 구비하는 것을 특징으로 하는 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 샘플링포트를 세척하는 상기 퍼징가스는, 수증기 또는 산화제인 것을 특징으로 하는 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러 시스템.
  10. 청구항 3의 유동층 공정에서 실시간 적용 가능한 가스 샘플링 및 분석 장치를 이용한 가스 샘플링 및 분석 방법에 있어서,
    상기 유동챔버와 상기 퍼징가스공급부의 연결이 차단되고, 상기 연소로에서 생성된 상기 연소가스가 상기 샘플링포트를 통과하여 상기 유동챔버로 유동하는 제1단계;
    상기 유동챔버로부터 상기 필터부로 상기 연소가스가 유동하고, 상기 필터부에서 상기 연소가스에 대한 여과가 수행되는 제2단계;
    여과된 상기 연소가스가 상기 열교환부를 통과하면서 냉각되고, 냉각된 상기 연소가스가 상기 분배부를 통과하면서 상기 연소가스로부터 액체 성분이 분리 제거되는 제3단계;
    상기 분배부를 통과한 상기 연소가스 상기 가스분석부로 유동하고, 상기 연소가스에 대한 가스 분석이 수행되는 제4단계; 및
    상기 유동챔버와 상기 필터부의 연결이 차단되고, 상기 퍼징가스가 상기 샘플링포트에 공급되어 상기 샘플링포트가 세척되는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 샘플링 및 분석 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114459840A (zh) * 2021-12-31 2022-05-10 天津津普利环保科技股份有限公司 一种用于气体采样系统的智能诊断和保护系统及其诊断和保护方法
CN114636784A (zh) * 2022-03-09 2022-06-17 安徽工程大学 一种羽绒燃烧性能的测试评价方法及其设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101132687B1 (ko) * 2011-09-21 2012-04-02 (주)파워엔지니어링 발전소 연소가스 중의 산소농도 측정장치
JP2016223880A (ja) * 2015-05-29 2016-12-28 富士電機株式会社 分析装置および排ガス処理システム
KR101793550B1 (ko) * 2017-08-09 2017-11-03 황성철 배기가스 성분 분석 시스템 및 배기가스 성분 분석 방법
KR101940501B1 (ko) * 2018-06-12 2019-01-22 황성철 접촉식 휴대용 가스 분석기
KR20200019500A (ko) 2018-08-14 2020-02-24 한국전력공사 보일러의 연소환경 진단장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101132687B1 (ko) * 2011-09-21 2012-04-02 (주)파워엔지니어링 발전소 연소가스 중의 산소농도 측정장치
JP2016223880A (ja) * 2015-05-29 2016-12-28 富士電機株式会社 分析装置および排ガス処理システム
KR101793550B1 (ko) * 2017-08-09 2017-11-03 황성철 배기가스 성분 분석 시스템 및 배기가스 성분 분석 방법
KR101940501B1 (ko) * 2018-06-12 2019-01-22 황성철 접촉식 휴대용 가스 분석기
KR20200019500A (ko) 2018-08-14 2020-02-24 한국전력공사 보일러의 연소환경 진단장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114459840A (zh) * 2021-12-31 2022-05-10 天津津普利环保科技股份有限公司 一种用于气体采样系统的智能诊断和保护系统及其诊断和保护方法
CN114636784A (zh) * 2022-03-09 2022-06-17 安徽工程大学 一种羽绒燃烧性能的测试评价方法及其设备
CN114636784B (zh) * 2022-03-09 2023-09-01 安徽工程大学 一种羽绒燃烧性能的测试评价方法及其设备

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