KR20220111830A - 포집부의 온도에 기초한 바이오매스 연소 파울링 제거 장치 - Google Patents

포집부의 온도에 기초한 바이오매스 연소 파울링 제거 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 바이오매스 연소 파울링 제거 장치는, 바이오매스를 가열하여 산화시키는 반응로; 상기 산화된 바이오매스의 비산재가 수용되는 포집부; 상기 포집부에 융착된 파울링을 제거하는 파울링 제거기; 파울링이 융착된 상기 포집부의 온도를 측정하는 열전대; 및 상기 열전대에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 파울링 제거기의 구동을 제어하는 구동부를 포함한다.

Description

포집부의 온도에 기초한 바이오매스 연소 파울링 제거 장치{BIOMASS COMBUSTION FOULING REMOVAL DEVICE BASED ON THE TEMPERATURE OF THE COLLECTING PART}
본 발명은 바이오매스 연소 파울링 제거 장치에 관한 것으로, 특히 포집부의 온도에 기초하여 파울링 제거기의 구동을 제어하기 위한 것에 관한 것이다.
에너지를 얻는 전통적인 방법으로서 바이오매스를 연소 또는 가스화하는 방법이 있다. 이러한 바이오매스를 연소시키는 과정에서 발생하는 비산재는 연소로나 열교환기 등의 설비 표면에 융착되어 열전달 효율을 감소시킨다.
이와 관련하여, 등록특허 제10-1205873호는, 화석연료를 연소시키는 보일러 연소실과; 상기 화석연료를 연소시킬 수 있도록 가공되지 않은 석탄을 이송하는 급탄기와; 상기 화석연료를 연소시킬 수 있도록 상기 급탄기로부터 상기 가공되지 않은 석탄을 공급받아 미세한 크기의 미분탄으로 분쇄하여 상기 보일러 연소실에 공급하는 미분기와; 상기 화석연료를 연소시키기 위한 공기를 발생시키는 공기 발생장치와; 상기 공기 발생장치로부터 발생되는 상기 공기를 적어도 하나의 압입 통풍기를 통해 공급받아 상기 공기를 가열하여 연소용 공기로 제공하거나, 상기 보일러 연소실을 통해 연소되는 화석연료 가스를 가열하여 적어도 하나의 유인 통풍기에 제공하는 적어도 하나의 열교환부와; 상기 미분기와 상기 적어도 하나의 열교환부의 사이에 제공되어 상기 적어도 하나의 열교환부를 통해 가열된 공기를 개폐시키는 적어도 하나의 핫 에어 개폐부와; 상기 보일러 연소실을 통해 상기 화석연료가 연소될 때에, 이물질을 집진시키는 적어도 하나의 전기 집진기와; 상기 적어도 하나의 열교환부를 통해 가열되고 상기 적어도 하나의 전기 집진기를 통해 필터링된 상기 화석연료 가스를 상기 적어도 하나의 유인 통풍기로부터 공급받아 외부로 배출시키는 연돌과; 상기 적어도 하나의 열교환부 및 상기 적어도 하나의 압입 통풍기의 사이와, 상기 미분기 및 상기 적어도 하나의 압입 통풍기의 사이에 제공되어 상기 적어도 하나의 압입 통풍기를 통해 유입되는 상기 공기를 개폐시키는 적어도 하나의 쿨 에어 개폐부와; 상기 적어도 하나의 전기 집진기와 상기 적어도 하나의 유인 통풍기의 사이에 제공되어 상기 적어도 하나의 유인 통풍기를 통해 배출되려는 상기 화석연료 가스를 개폐시키는 적어도 하나의 화석 연료 가스 개폐부; 및 상기 급탄기를 통해 상기 가공되지 않은 석탄이 상기 미분기에 공급될 때에, 상기 가공되지 않은 석탄의 무게가 상기 미분탄을 착화시키기 위한 기준 미분탄 무게의 범위를 벗어날 경우, 상기 기준 미분탄 무게의 범위에 맞추도록 보정될 미분탄 무게를 연산하고, 상기 보정될 미분탄 무게에 맞게 상기 급탄기의 회전 속도를 조정하여 상기 미분기로 상기 가공되지 않은 석탄을 시간적인 편차를 두면서 이송시키는 미분탄 미분도 분석장치를 포함하는 화력발전소용 석탄연소 보일러 미분탄 미분도 제어 시스템을 개시한다.
그러나, 상기 등록특허는 화력발전소 보일러에서 효율을 향상시키기 위해 미분탄의 미분도를 제어하기 위한 것으로, 파울링의 융착에 따른 효율 감소에 관한 것은 아니다.
등록특허 제10-1205873호
본 발명의 실시예는 포집부(열교환기)의 온도에 기초하여 파울링 제거기를 동작을 제어함으로써 열교환기의 효율을 향상시키고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 바이오매스 연소 파울링 제거 장치는, 바이오매스를 가열하여 산화시키는 반응로; 상기 산화된 바이오매스의 비산재가 수용되어 파울링이 융착되는 포집부; 상기 포집부에 융착된 파울링을 제거하는 파울링 제거기; 파울링이 융착된 포집부의 온도를 측정하는 열전대; 및 상기 열전대에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 파울링 제거기의 구동을 제어하는 구동부를 포함한다.
상기 구동부는, 상기 파울링 제거기가 작동한 때로부터, 상기 포집부의 온도가 소정의 범위를 벗어날 때까지의 시간에 기초하여, 상기 파울링 제거기의 구동 주기를 제어할 수 있다.
상기 포집부는 열교환기일 수 있다.
상기 파울링 제거기는 가스 분사 노즐일 수 있다.
상기 파울링 제거기는, 공기, 스팀 및 비활성 가스 중 적어도 하나를 분사할 수 있다.
상기 반응로는, 수직 방향으로 연장되며, 상기 바이오매스가 공급되는 상측 개구부와, 하측 개구부를 갖는 통 형상으로 이루어지며, 상기 포집부는 상기 하측 개구부에 연결될 수 있다.
상기 바이오매스 연소 파울링 제거 장치는, 상기 포집부를 통과한 비산재를 포집하는 사이클론; 상기 사이클론을 통과한 비산재를 모으는 집진필터; 및 상기 집진필터에 연결되며, 상기 반응로에서 생성된 가스를 흡입하여 외부로 배출하는 진공펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 포집부(열교환기)의 온도에 기초하여 파울링 제거기를 동작을 제어함으로써 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 바이오매스 연소 파울링 제거 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 열전대에 의해 측정된 포집부의 온도 변화를 나타내는 실험예이다.
도 3은 도 1의 파울링 제거기의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 파울링 제거기의 설치 위치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 파울링의 융착 및 제거에 의한 열교환기 표면의 온도 감소 경향을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 바이오매스 연소 파울링 제거 장치를 이용하여 측정한 실험 결과로서, 시간에 따른 포집부의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 6의 일부를 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에 설명된 임의의 실시예의 방법 또는 구성이 본 출원에 설명된 임의의 다른 방법 또는 구성에 대하여 구현될 수 있다는 것이 고려되어야 할 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 및 청구범위에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
명세서 및 청구범위에서 용어 "포함하는"과 함께 사용되는 단수 단어의 사용은 "하나"의 의미일 수도 있고, 또는 "하나 이상", "적어도 하나", 및 "하나 또는 하나보다 많은"의 의미일 수도 있다.
명세서 및 청구범위에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 및 청구범위에서의 용어 "또는"의 사용은 상호 배타적이거나 단지 선택 가능한 것들을 나타내는 것으로 명백하게 표시되지 않는 한 "및/또는"을 의미하기 위해 사용된다.
명세서 및 청구범위에서의 "연결"된다는 표현은 두 개의 구성요소가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, 중간에 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 연결되는 경우도 포함하며, 유선 또는 무선의 경우를 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서 단순히 "연소"라고 표현한 경우에도 연소뿐만 아니라 가스화까지 포함하는, "산화"와 유사한 개념으로 이해될 것이다.
본 발명의 특징 및 이점들은 다음 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위 내 다양한 변경 및 변형이 본 상세한 설명으로부터 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 분명해질 것이기 때문에, 상세한 설명 및 구체적인 예들은 본 발명의 구체적인 실시예들을 나타내지만, 단지 예로서 주어진다는 것이 이해되어야 한다. 같은 번호들은 전체에 걸쳐 같은 요소들을 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 바이오매스 연소 파울링 제거 장치의 구성도이고 도 1b는 도 1a의 포집부의 일부를 확대한 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 바이오매스 연소 파울링 제거 장치는, 바이오매스를 가열하여 산화시키는 반응로(10); 상기 산화된 바이오매스의 비산재가 수용되는 포집부(20); 상기 포집부(20)에 융착된 파울링을 제거하는 파울링 제거기(30); 파울링이 융착된 상기 포집부의 온도를 측정하는 열전대(40); 및 상기 열전대(40)에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 파울링 제거기(30)의 구동을 제어하는 구동부(50)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 바이오매스 연소 파울링 제거 장치는, 제1 및 제 2 가스 공급부(110, 120), 바이오매스가 투입되는 투입부(200), 제1 및 제2 바이오매스 공급관(310, 320), 예열부(400), 상기 포집부(20)를 통과한 비산재를 포집하는 사이클론(500); 상기 사이클론(500)을 통과한 비산재를 포집하는 집진필터(600); 상기 집진필터(600)에 연결되며, 상기 반응로(10)에서 생성된 가스를 흡입하여 외부로 배출하는 진공펌프(700)를 더 포함할 수 있다.
제1 가스 공급부(110)는 바이오매스의 이동을 원활하게 하기 위한 분체 이송 가스를 공급한다. 분체 이송 가스는 예를 들어 질소 가스일 수 있다.제2 가스 공급부(120)는 바이오매스의 산화를 촉진시킬 수 있는 산화 가스를 공급한다. 산화 가스는 예를 들어 산소 가스일 수 있다. 제1 가스 공급부(110)는 제1 바이오매스 공급관(310)에 연결되고, 제2 가스 공급부(120)는 반응로(10)의 상측 개구부에 연결된다.
투입부(200)는 바이오매스를 제1 및 제2 바이오매스 공급관(310, 320)을 통해 반응로(10)에 투입한다. 투입부(200)는 바이오매스만을 투입할 수도 있고, 바이오매스와 다른 물질과의 혼합 물질을 투입할 수도 있다. 즉, 투입부(200)는 적어도 일부에 바이오매스를 포함하는 물질을 투입한다. 바이오매스로서, 석탄, 하수슬러지, 초본계 및 목본계 바이오매스, 해양 바이오매스 등이 이용될 수 있다.
제1 바이오매스 공급관(310)은 수직으로 연장되는 관이며, 일측이 투입부(200)에 연결되어 투입부(200)로부터 바이오매스가 공급된다. 제1 바이오매스 공급관(310)의 상측 단부로 제1 가스 공급부(110)로부터 공급된 분체 이송 가스가 공급된다. 이에 따라, 제1 바이오매스 공급관(310) 내에서 바이오매스와 분체 이송 가스가 섞여서 중력 방향을 따라 제1 바이오매스 공급관(310)의 하측 단부로 이동한다.
제2 바이오매스 공급관(320)은 수직으로 연장되며, 내측 공간과 외측 공간으로 분리된 3중관 구조를 갖는다. 제2 바이오매스 공급관(320)의 내측 공간으로는 제1 바이오매스 공급관(310)이 연결되어 바이오매스가 분체 이송 가스와 함께 투입된다. 제2 바이오매스 공급관(320)의 외측 공간에는 냉매가 흐르며, 제2 바이오매스 공급관(320)의 외관에는 투입구 및 배출구가 형성되어 있어, 외부로부터 투입구를 통해 외측 공간으로 공급된 냉매가 배출구를 통해 다시 외부로 흘러 나갈 수 있다. 냉매로서 냉각수가 이용될 수 있다.
예열부(400)는 제2 바이오매스 공급관(320)의 주위에 형성되어 제2 바이오매스 공급관(320)으로 흐르는 바이오매스 및 분체 이송 가스의 혼합물질을 가열한다. 예열부(400)의 가열 온도는 반응로(10)보다 낮게 설정되어, 반응로(10)에서 연소 반응이 원활하게 이루어지도록 한다. 전술한 바와 같이, 제2 바이오매스 공급관(320)의 외측 공간에는 냉매가 흐르기 때문에, 제2 바이오매스 공급관(320)의 파손이 방지된다.
반응로(10)는 수직 방향으로 연장되는 통 형상이며, 상측 개구부와 하측 개구부를 갖는다. 반응로(10)의 상측 개구부는 투입부(200)와 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반응로(10)의 상측 개구부는 제1 바이오매스 공급관(310) 및 제2 바이오매스 공급관(320)을 통해 투입부(200)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 반응로(10)는 투입부(200)에 의해 투입된 바이오매스를 가열하여 산화시킨다. 상측 개구부를 통해 제2 가스 공급부(120)로부터 공급된 산화 가스가 공급될 수 있으며, 이에 따라 바이오매스의 연소를 촉진시킬 수 있다.
반응로(10)는 수직 방향으로 배열된 제1 히터(11), 제2 히터(12), 제3 히터(13)와, 제1~제3 히터(11~13)의 온도를 독립적으로 제어 가능한 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 반응로(10)는 수직 방향으로 연장되는 통 형상이기 때문에, 반응로(10) 내의 수직 방향의 위치에 따라 가열 온도가 상이할 수 있다. 제어부는 제1~제3 히터(11~13)의 온도를 독립적으로 제어함으로써, 반응로(10)의 수직 방향에 따른 온도를 원하는 조건에 맞게 조절할 수 있다.
포집부(20)는 반응로(10)의 하측 개구부를 통해 배출되는 산화된 바이오매스의 비산재를 수용한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 포집부(20)는 반응로(10)의 하측 개구부에 위치한다. 이에 따라, 반응로(10)의 내부에서 바이오매스가 연소되어 발생한 비산재가 중력 방향으로 떨어지면 포집부(20)에 수용될 수 있다.
포집부(20)는 화력발전소의 연소 보일러 내부의 열교환기에 해당할 수 있다. 연료가 연소되면 고온의 가스가 생산됨과 동시에 비산재가 발생하는데 이 중 용융온도가 낮아 고온에서 끈적끈적한 상태가 되는 비산재는 포집부(20)에 달라붙어 파울링을 형성하고 용융온도가 높아 고온에서도 녹지 않는 비산재는 포집부(20)를 지나 사이클론(500)으로 이동하게 된다. 비산재의 이러한　파울링 형성은 실제 화력발전소 연소 보일러 내 열교환기에서도 발생하여 열교환기의 열교환 효율을 떨어뜨리고 심각한 경우 열교환기가 비산재로 막혀 발전소 가동을 멈추게 하는 원인이 될 수 있다.
파울링 제거기(30)는 포집부(20)에 융착된 파울링을 제거한다. 파울링 제거기(30)는 예를 들어 가스 분사 노즐 형태일 수 있으며, 공기, 스팀 및 비활성 가스 중 적어도 하나가 분사 매체로서 이용될 수 있다.
열전대(40)는 파울링이 융착된 포집부(20)의 온도를 측정한다. 열전대(40)는 포집부(20)의 중앙에 삽입될 수 있다. 열전대(40)에서 측정된 온도는 실시간으로 구동부(50)에 제공될 수 있다.
구동부(50)는 열전대(40)에 의해 측정된 온도에 기초하여 파울링 제거기(30)의 구동을 제어한다. 구동부(50)는 파울링 제거기(30)가 작동한 때로부터, 포집부(20)의 온도가 소정의 범위를 벗어날 때까지의 시간에 기초하여, 파울링 제거기(30)의 구동 주기를 제어할 수 있다.
사이클론(500)은 포집부(20)를 통과한 비산재를 포집한다. 전술한 바와 같이, 반응로(10)에서 바이오매스가 연소함으로써 발생한 비산재는 1차적으로 포집부(20)에 수용되며, 포집부(20)에 수용되지 못한 비산재는 사이클론(500)에 수집될 수 있다. 너무 많은 비산재가 후단으로 이동하면 집진필터(600)가 쉽게 막히고 비산재가 진공 펌프(700)로 들어가면 문제가 될 수 있기 때문에, 큰 사이즈의 비산재들을 미리 걸러주는 기능을 수행한다.
집진필터(600)는 사이클론(700)를 통과한 비산재를 최종적으로 걸러준다.
진공 펌프(700)는 집진필터(600)에 연결되어, 반응로(10) 내의 가스를 흡입하여 외부로 배출한다. 이에 따라, 반응로(10) 내에서 생성되는 가스들이 층류 유동장에 영향을 미치는 것이 방지된다. 진공 펌프(700)에는 MFC(Mass Flow Controller; 미도시)가 연결되어, 진공 펌프(700)가 흡입하는 가스의 양을 조절할 수 있다.
다음으로, 도 2~도 5를 참조하여, 도 1의 구동부의 동작에 대해 설명한다.
도 2는 도 1의 열전대(40)에 의해 측정된 포집부의 온도 변화를 나타내는 실험예이다. 도 2에서 파울링 제거기(30)는 작동되지 않았다.
도 2에서, 샘플 A는 1.060g의 회분이 투입되고 0.295g의 회분이 융착된 경우를 나타내며, 샘플 B는 2.172g의 회분이 투입되고 0.500g의 회분이 융착된 경우를 나타낸다. 그래프에서 상이한 색깔은 복수의 측정 시도를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 샘플 A 및 샘플 B의 경우 모두 시간이 지남에 따라 포집부의 온도가 점차적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 샘플 A의 경우는 10분간 약 20℃의 온도 감소를 나타내고 샘플 B의 경우는 10분간 약 54℃의 온도 감소를 나타내는 것으로부터, 파울링의 양이 많은 경우가 파울링의 양이 적은 경우에 비해 온도 감소 폭이 더 큰 것을 알 수 있다.
도 3은 도 1의 파울링 제거기의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 파울링 제거기의 설치 위치의 일 예를 나타내는 도면이다.
일반적으로 대형 화력 발전소 보일러나 소각로에서 오랜 시간 동안 가동을 하게 되면 파울링(회분)이 보일러 벽이나 수관에 부착된다. 이는 보일러 열효율을 높이는데 방해가 되며 가스의 흐름을 방해하여 내부 압력을 상승시킨다. 이러한 파울링을 제거하기 위해 장치가 필요하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 파울링 제거기(soot-blower)는 파울링 제거기는 긴 막대 형태이며, 끝 부분에 하나 이상의 구멍이 형성될 수 있다. 구멍을 통해서 공기, 스팀, 비활성 가스 중 적어도 하나가 분사됨으로써 열교환기의 표면에 융착된 파울링이 제거될 수 있다. 파울링 제거기는 제거 효율을 높이기 위해 회전 구동될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 파울링 제거기는 반응로 표면에 고정되어 부착되거나(도 4의 ■ 표시 참조), 열교환기의 사이에서 전진 및 후퇴 가능하도록 설치될 수 있다(도 4의 ● 표시 참조). 도 4에서 SH, RH, ECO는 열교환기를 나타내는 것으로, SH는 과열기(superheater)를 나타내고, RH는 재열기(reheater)를 나타내고, ECO는 이코노마이저(economizer)를 나타낸다.
파울링 제거기의 분사 매체는 경제성의 이유로 약 200-400℃ 정도로 예열을 한 후 분사되는 반면, 보일러 내부 열교환기의 온도는 이보다 훨씬 높다. 따라서, 파울링 제거기를 너무 과도하게 사용하면 열교환기의 온도가 오히려 효율이 낮아질 수 있다. 즉, 파울링 제거기는 열교환기에 달라붙은 파울링을 제거해 보일러의 효율을 높여주는 반면, 열교환기의 온도에 비해 저온인 분사 매체를 불어주기 때문에 열 손실이 발생할 수 있다. 따라서, 파울링 제거기의 작동 주기를 적절하게 선정해 보일러의 열 효율을 최대화 할 필요가 있다.
도 5는 파울링의 융착 및 제거(soot-blowing)에 의한 열교환기 표면의 온도 감소 경향을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 표면에 융착된 파울링에 의해서 열교환기 표면 온도가 지속적으로 감소하여, 열교환 효율이 낮아진다. 예를 들어, 도 5에서 하늘색 화살표로 표시한 바와 같이, 파울링에 의한 온도 감소(ΔTF)는 10분당 10℃정도이다.
또한, 표면의 파울링 제거를 위해 제거 작업을 실시하면, 상대적으로 낮은 온도인 분사 매체에 의해 열교환기의 표면 온도가 일시적으로 감소하는 현상이 나타난다. 예를 들어, 도 5에서 빨간색 화살표로 표시한 바와 같이, 회분 제거(soot-blowing)에 의해 나타나는 온도 감소(ΔTSB)는 파울링에 의한 온도 감소(ΔTF)에 비해 급격하게 나타남을 알 수 있다.
다만, 파울링 제거로 인한 온도 감소 후에는, 표면에 융착 되었던 파울링이 제거되어 열교환 효율이 향상되면서 표면온도가 증가하게 된다.
연소보일러에서 파울링 융착-제거 작업이 반복적으로 진행되면서 열교환기 표면 온도 감소-증가도 반복되므로, 전체 공정에서 열교환 효율 최대화를 위해서는 이러한 파울링에 의한 온도 감소(ΔTF) 및 회분 제거에 의한 온도 감소(ΔTSB)를 모두 고려하여 파울링 융착 예측 및 제거 주기를 적절하게 선정해야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 바이오매스 연소 파울링 제거 장치의 구동부는 파울링의 양을 예측하기 위해 열전대에 의해 포집부의 온도를 측정하고, 이를 기초로 파울링 제거기의 구동을 제어한다. 실시예에 따라, 구동부는 파울링 제거기가 작동한 때로부터, 포집부의 온도가 소정의 범위를 벗어날 때까지의 시간에 기초하여, 상기 파울링 제거기의 이후의 구동 주기를 제어할 수 있다.
도 6 및 도 7은 도 1의 바이오매스 연소 파울링 제거 장치를 이용하여 측정한 실험 결과로서, 시간에 따른 포집부의 온도를 나타내는 그래프이다. 도 7은 도 6의 0-900초 부분을 확대하여 도시한 것이다.
본 실험에서 5분간 파울링을 융착시킨 후 1분간 구동부가 파울링 제거기를 동작시켜 공기가 분사되도록 하였다.
도 6을 참조하면, 10분 경과 후 포집부의 온도는 처음에 비해 1℃ 감소하였고, 20분 경과 후에는 처음에 비해 4℃ 감소하였으며, 30분 경과 후에는 19℃ 감소하였다.
도 7을 참조하면, 파울링 제거기가 동작한 직후의 구간 a에서는 포집부의 온도가 상승한다. 이는 파울링의 제거로 인해 열교환 효율이 증가하기 때문으로 해석된다. 이때는 파울링의 외측 부분이 제거되므로 분사 매체가 포집부의 온도 감소에는 영향을 거의 미치지 않는 것으로 이해된다.
다음 구간 b에서는 포집부의 온도가 감소한다. 분사 매체인 공기가 포집부와 가까운 파울링의 내측 부분을 제거함으로써 포집부의 온도를 떨어뜨리기 때문인 것으로 해석된다.
다음 구간 c는 파울링 제거기가 동작을 중단한 이후로서, 분사 매체의 영향이 없기 때문에 이 구간에서는 포집부의 온도가 급격히 상승한다.
다음 구간 d에서는 포집부의 온도가 서서히 감소한다. 이는 파울링이 점차적으로 포집부에 융착되기 때문인 것으로 해석된다.
파울링 제거기의 동작으로 인해, 이러한 구간 a, b, c, d의 포집부의 온도변화가 계속된다. 구동부는 이러한 파울링 제거기의 동작 주기를 제어함으로써 포집부가 전체적으로 일정한 온도 범위를 갖게 함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 관하여 구체적으로 설명하였다. 그러나, 관련 기술분야에서의 통상의 기술자는 다른 구성요소들 및 구성들이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims (7)

  1. 바이오매스를 가열하여 산화시키는 반응로;
    상기 산화된 바이오매스의 비산재가 수용되어 파울링이 융착되는 포집부;
    상기 포집부에 융착된 파울링을 제거하는 파울링 제거기;
    파울링이 융착된 포집부의 온도를 측정하는 열전대; 및
    상기 열전대에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 파울링 제거기의 구동을 제어하는 구동부
    를 포함하는 바이오매스 연소 파울링 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 파울링 제거기가 작동한 때로부터, 상기 포집부의 온도가 소정의 범위를 벗어날 때까지의 시간에 기초하여, 상기 파울링 제거기의 구동 주기를 제어하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 연소 파울링 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포집부는 열교환기인 것을 특징으로 하는 바이오매스 연소 파울링 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파울링 제거기는 가스 분사 노즐인 것을 특징으로 하는 바이오매스 연소 파울링 제거 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파울링 제거기는, 공기, 스팀 및 비활성 가스 중 적어도 하나를 분사하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 연소 파울링 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응로는, 수직 방향으로 연장되며, 상기 바이오매스가 공급되는 상측 개구부와, 하측 개구부를 갖는 통 형상으로 이루어지며,
    상기 포집부는 상기 하측 개구부에 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 연소 파울링 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포집부를 통과한 비산재를 포집하는 사이클론;
    상기 사이클론을 통과한 비산재를 모으는 집진필터; 및
    상기 집진필터에 연결되며, 상기 반응로에서 생성된 가스를 흡입하여 외부로 배출하는 진공펌프
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 파울링 제거 장치.

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100775324B1 (ko) * 2001-11-14 2007-11-08 주식회사 포스코 건식 소화 설비의 급수 열교환기 전열관 외표면 이물질처리장치
KR101205873B1 (ko) 2010-06-22 2012-11-28 한국중부발전(주) 화력발전소용 석탄연소 보일러 미분탄 미분도 제어 시스템
KR20150129516A (ko) * 2014-05-12 2015-11-20 최상철 바이오매스 연소 및 폐열 이용 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100775324B1 (ko) * 2001-11-14 2007-11-08 주식회사 포스코 건식 소화 설비의 급수 열교환기 전열관 외표면 이물질처리장치
KR101205873B1 (ko) 2010-06-22 2012-11-28 한국중부발전(주) 화력발전소용 석탄연소 보일러 미분탄 미분도 제어 시스템
KR20150129516A (ko) * 2014-05-12 2015-11-20 최상철 바이오매스 연소 및 폐열 이용 장치

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