KR20230104252A - 순환 유동층 보일러 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직으로 연장되는 노 (12), 분리기 유닛 (14), 및 크로스 오버 덕트 (14) 를 통해 분리기 유닛 (14) 에 연결된 배기가스 채널 (18) 을 포함하는 순환 유동층 보일러 (10) 에 관한 것으로, 상기 배기가스 채널은 제 1 수직 연장 패스 (18.1), 수평 연장 패스 (18.2) 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 를 포함한다. 제 1 수직 연장 패스 (18.1), 수평 연장 패스 (18.2) 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 는 가스 유동 방향으로 연속적으로 배치되어서, 수평 연장 패스 (18.2) 는 상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 를 서로 연결하도록 구성되고, 수평 연장 패스 (18.2) 는 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 와 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 사이에 배치된 분리기 유닛 (14) 아래에 배치된다.
Description
본 발명은 청구항 1 의 서문에 따른 순환 유동층 보일러에 관한 것이다.
본 발명은, 튜브 벽들에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 수직 연소실과 대류부 및 연소실의 상부에 가스 입구 채널이 연결되고 연소실의 하부에 분리된 고체의 복귀 경로가 연결된 수직 사이클론 분리기를 갖는 순환 유동층 반응기에 관한 것이다. 유동층 보일러, 그리고 특히 순환 유동층 보일러는 증기를 생성하도록 구성되면서 다양한 폐기물로부터 유래된 연료와 같은 매우 다양한 고체 연료의 연소에 유리하다고 알려져 있다.
문헌 WO2007035169A1 은 유동층에서 고체 폐기물을 연소시키기 위한 노 (furnace) 를 개시한다. 연도 가스는 노로부터 회수 슈트 (withdrawal chute) 내로 통과하며, 회수 슈트는 복귀 연도 (return flue) 로의 입구를 구성하고, 가스로부터 보일러 외부의 후방 슈트를 통해 전방으로 통과한다. 연도 가스는 이어서 사이클론 및 필터를 포함하는 가스 세정 장비를 통과한 후, 침니를 통해 공중으로 빠져 나가도록 허용된다.
문헌 US4686939 는 1차 입자 트랩 및 대류 열교환기들을 포함하는 패스를 포함하는 유동층 보일러를 개시한다. 입자 트랩은 반응기의 상부와 제 1 수직 연장 패스 사이의 전이부에 위치된다. 제 1 수직 연장 패스는 어떠한 삽입된 열 교환기도 포함하지 않는 빈 패스이다. 대신에 보일러는 대류 열교환기가 위치되는 제 1 수직 연장 패스 후에 상향 패스를 포함한다. 상향 패스를 뒤따르도록 배치된 사이클론이 존재한다.
CN203431878U 는 단일 연료로서 도시 고형 폐기물을 사용하는 순환 유동층 보일러 시스템을 개시한다. 보일러 시스템은 연소실 및 연소실에 연결된 사이클론 분리기를 포함한다. 사이클론 분리기에 연결된 배기가스의 수직 열교환 연도 및 과열기 및 이코노마이저가 제공된 수평 열교환 연도가 개시되어 있다.
KR101354938 은 RDF 연료용 유동층 연소 보일러를 개시한다. 보일러는 연도 가스 경로를 통해 빈 패스와 대류 열전달 패스에 연결되는 사이클론 분리기를 갖는다. 열전달 패스는 과열기, 이코노마이저 및 공기 예열기를 포함한다.
상기한 모든 간행물은 플랜트의 인라인 레이아웃을 개시한다. 이는 보일러의 상이한 부분들이 배기가스 유동 과정에서 측방향으로 하나씩 위치되기 때문에 상당히 길고 번거로운 배열을 초래한다.
본 발명의 목적은 보일러의 콤팩트성 (compactness) 을 종래 기술의 해법에 비해 현저히 향상시킨 순환 유동층 보일러를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 독립 청구항에 그리고 본 발명의 다른 실시형태들의 세부 내용을 묘사하는 다른 청구항에 개시된 바와 같이 실질적으로 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 순환 유동층 보일러는 수직으로 연장되는 노 (furnace), 분리기 유닛, 크로스 오버 덕트 및 크로스 오버 덕트를 통해 분리기 유닛에 연결된 배기가스 채널을 포함한다. 배기가스 채널은 제 1 수직 연장 패스, 수평 연장 패스 및 제 2 수직 연장 패스를 포함하고, 제 1 수직 연장 패스, 수평 연장 패스 및 제 2 수직 연장 패스는 사용 중에 가스 유동 방향으로 연속적으로 배치되어서, 수평 연장 패스는 제 1 수직 연장 패스 및 제 2 수직 연장 패스를 서로 연결하도록 구성되고, 수평 연장 패스는 제 1 수직 연장 패스와 제 2 수직 연장 패스 사이에 배치된 분리기 유닛 아래에 배치된다.
이러한 방식으로, 순환 유동층 보일러의 특히 바닥 공간의 필요성이 최소화되고/되거나 매우 효율적으로 활용된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 노는 직사각형 단면을 가지며, 수평 연장 패스는 노의 후방 벽과 평행하게 연장된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 노는 직사각형 단면을 가지며, 수평 연장 패스는 노의 후방 벽과 평행하게 연장되고, 크로스 오버 덕트는 노의 후방 벽과 평행하게 연장된다.
노의 단면의 직사각형 형상은, 노의 후방 벽과 평행하게 지향된 크로스 오버 덕트 및 수평 연장 패스와 함께, 보일러의 필요한 풋프린트 (required footprint) 를 감소시킨다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 수직 연장 패스와 제 2 수직 연장 패스 사이에 고체 복귀 시스템이 적어도 부분적으로 배치된다.
고체 복귀 시스템이 수직으로 연장되는 배기가스 패스들 사이에 끼워 맞춰지면, 순환 유동층 보일러의 점유 체적은 고체 복귀 시스템에 의해 증가되지 않지만, 주로 노, 크로스 오버 덕트 및 수직 가스 패스들에 의해 규정된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 순환 유동층 보일러에는 분리된 고체의 복귀 채널의 경로를 제공하는 고체 복귀 시스템에 유동층 고체 물질 냉각기가 제공되고, 유동층 고체 물질 냉각기는 제 1 수직 연장 패스와 제 2 수직 연장 패스 사이에 적어도 부분적으로 배치된다.
고체 복귀 채널에 더하여, 유동층 고체 물질 냉각기 또는 고체 복귀 시스템이 수직으로 연장되는 배기가스 패스들 사이에 끼워 맞춰지더라도, 순환 유동층 보일러의 점유 체적은 여전히 주로 노, 크로스 오버 덕트 및 수직 가스 패스들에 의해 규정된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 노는 직사각형 단면을 가지며, 수평 연장 패스는 노의 후방 벽과 평행하게 연장되고, 크로스 오버 덕트는 노의 후방 벽과 평행하게 연장되고, 제 1 수직 연장 패스와 제 2 수직 연장 패스 사이에 고체 복귀 시스템이 배치된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 노는 직사각형 단면을 가지며, 수평 연장 패스는 노의 후방 벽과 평행하게 연장되고, 크로스 오버 덕트는 노의 후방 벽과 평행하게 연장되고, 제 1 수직 연장 패스와 제 2 수직 연장 패스 사이에 고체 복귀 시스템이 배치되고, 순환 유동층 보일러에는 분리된 고체의 복귀 채널의 경로에 유동층 고체 물질 냉각기가 제공되고, 유동층 고체 물질 냉각기는 제 1 수직 연장 패스와 제 2 수직 연장 패스 사이에 적어도 부분적으로 배치된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 수직 연장 패스는 크로스 오버 덕트의 출구에 연결된 제 1 단부, 및 제 2 단부를 갖고, 제 2 수직 연장 패스는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖고, 제 1 및 제 2 수직 연장 패스 사이의 수평 연장 패스는 제 1 수직 연장 패스의 제 2 단부 및 제 2 수직 연장 패스의 제 1 단부에 연결된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 수직 연장 패스는 크로스 오버 덕트의 출구에 연결된 제 1 단부, 및 제 2 단부를 갖고, 제 2 수직 연장 패스는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖고, 제 1 및 제 2 수직 연장 패스 사이의 수평 연장 패스는 제 1 수직 연장 패스의 제 2 단부 및 제 2 수직 연장 패스의 제 1 단부에 연결되고, 제 1 수직 연장 패스 및 제 2 수직 연장 패스는 수평 연장 패스와 직각을 이룬다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 수직 연장 패스는 그 내부 공간에 열교환기가 없다. 이는 내부 열교환기 번들의 세척과 비교하여, 임의의 디포짓이 적합한 래핑 (rapping) 시스템에 의해 쉽게 제거될 수 있는 제 1 수직 연장 패스의 벽들로의 열전달에 의해서만 배기가스가 냉각되는 효과를 제공한다. 이 실시형태는 제 1 수직 연장 패스가 본 발명의 일체 부분이기 때문에 본 발명의 임의의 다른 실시형태와 관련하여 실현 가능하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 다음과 같이 배기가스 채널 내의 배기가스로부터 열을 전달하도록 배치된 열교환기들이 존재한다: 제 1 수직 연장 패스는 그 내부 공간에 열교환기가 없는 빈 패스이고, 수평 연장 패스는 그 내부 공간에 적어도 하나의 열교환기를 포함하고, 제 2 수직 연장 패스는 그 내부 공간에 적어도 하나의 열교환기를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 증기 발생 시스템이 이코노마이저 열교환기들, 증발 열교환기들 및 과열기 열교환기들을 포함하는 순환 유동층 보일러에 연결되어 배치되고, 과열기 열교환기들은 유동층 고체 물질 냉각기 및 크로스 오버 덕트에 연결되어 배치되고, 증발 열교환기들은 노, 분리기 유닛 및 수평 연장 패스에 연결되어 배치되고, 이코노마이저 열교환기들은 제 2 수직 연장 패스에 연결되어 배치되고, 제 1 수직 연장 패스는 그 내부 공간에 열교환기가 없다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 증기 발생 시스템이 이코노마이저 열교환기들, 증발 열교환기들 및 과열기 열교환기들을 포함하는 순환 유동층 보일러에 연결되어 배치되고, 과열기 열교환기들은 유동층 고체 물질 냉각기 및 크로스 오버 덕트에 연결되어 배치되고, 증발 열교환기들은 노, 분리기 유닛, 수평 연장 패스 및 제 2 수직 연장 패스에 연결되어 배치되고, 이코노마이저 열교환기들은 제 2 수직 연장 패스에 연결되어 배치되고, 제 1 수직 연장 패스는 그 내부 공간에 열교환기가 없다.
일반적으로, 설계의 이점은 가스 패스들이 노 및 고체 물질 유동층 냉각기에 가깝다는 것이다. 이렇게 하여, 기능적으로 빈 가스 패스가 수반되기 때문에, 전체 설계는 보일러의 필요 공간과 증기 배관의 길이를 감소시킨다. 레이아웃은 또한 증기 시스템에서 상이한 증기 발생 단계들을 연결하는 것에 관하여 이점을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 수평 연장 패스는 증발 열교환기를 각각 포함하는 독립적으로 지지된 모듈들을 포함하며, 이는 수평 연장 가스 패스에서 열교환기들의 서비스를 용이하게 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 수평 연장 패스는 열교환기를 각각 포함하는 독립적으로 지지된 모듈들을 포함하며, 이는 수평 연장 가스 패스에서 열교환기의 서비스를 용이하게 한다.
본 특허출원에서 제시된 본 발명의 모범적인 실시형태들은 첨부된 청구항들의 적용 가능성에 제한을 가하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 동사 "포함한다" 는 본 특허출원에서 또한 언급되지 않은 구성의 존재를 배제하지 않는 개방형 제한으로서 사용된다. 종속 청구항들에 기재된 구성들은 명시적으로 달리 언급되지 않는 한 자유롭게 상호 조합될 수 있다. 본 발명의 특징으로 간주되는 신규 구성들은 특히 첨부된 청구항들에 제시되어 있다.
이하에서, 첨부된 모범적인 개략적 도면을 참고하여 본 발명을 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 순환 유동층 보일러를 예시한다.
도 2 는 도 1 의 단면도 II-II 를 예시한다.
도 3 은 도 2 의 단면도 III-III 을 예시한다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 도 1 의 단면도 II-II 를 예시한다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 도 1 의 단면도 II-II 를 예시한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 순환 유동층 보일러를 예시한다.
도 2 는 도 1 의 단면도 II-II 를 예시한다.
도 3 은 도 2 의 단면도 III-III 을 예시한다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 도 1 의 단면도 II-II 를 예시한다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 도 1 의 단면도 II-II 를 예시한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 순환 유동층 (circulating fluidized bed, CFB) 보일러 (10) 를 개략적으로 도시한다. 순환 유동층 보일러 (10) 는 노 (12), 일반적으로 분리기 유닛으로 지칭될 수도 있는 고체 분리기 (14), 및 고체 복귀 시스템 (16), 및 분리기 유닛 (14) 을 배기가스 채널 (18) 과 연결하는 크로스 오버 덕트 (24) 를 포함한다. 크로스 오버 덕트 (24) 및 배기가스 채널 (18) 은 CFB 보일러에서 연료의 연소에 의해 발생된 배기가스를 추가의 처리로 유도하고 대부분의 경우에 결국 대기로 유도하도록 구성된다. 순환 유동층 (CFB) 보일러 (10) 는 명료성 이유로 여기에 도시되지 않은 별도의 지지 구조에 의해 지지된다. 실제적인 경우들에서, 비교적 큰 보일러가 상부 지지된 상태로 배치되고, 즉, 보일러가 보일러 압력 보디 주위에 그리고 위에 연장되는 종래의 강성 지지 강 구조체로부터 매달려 배치되도록 지지된다. 상대적으로 작은 보일러들은 하부 지지된 상태로 배치될 수도 있고, 보일러의 수직의 로드는 오로지 보일러 아래에 배치된 강성의 지지 강 구조체에 의해 지지된다. 상부-지지 구성과 하부-지지 구성 사이의 주된 차이는, 보일러의 온도가 증가할 때, 상부-지지된 보일러의 열적 팽창이 주로 하향으로 일어나는 반면, 하부-지지된 보일러에서는 열적 팽창이 주로 상향으로 일어난다는 것이다. 실제로 보일러 (10) 를 지지하는 제 3 대안은 보일러를 중간 섹션에서 강성 지지 강 구조체에 지지하는 것이다. 이로써, 중간 섹션 아래에 보일러의 하측 부분은 상부-지지되고, 중간 섹션 위에 보일러 압력 보디의 상측 부분은 하부 지지된다. 중간-지지 구성은 상부-지지된 보일러의 경우에 필요한 것으로부터 지지 강 구조체의 크기를 감소시키는 동안 유리하다. 동시에 그러한 중간-지지된 구성은 하부-지지된 보일러에서의 경우와 같이 보일러의 매우 강한 벽에 대한 요구를 감소시킨다.
이하에서, 도 1 내지 3 을 참조하여 순환 유동층 보일러 (10) 를 설명한다. 도 1 은 고체 분리기 (14) 가 조립되는 측으로부터 순환 유동층 보일러 (10) 를 도시하며, 이는 여기서 순환 유동층 보일러 (10) 의 후측이라 불리며, 그 방향은 도 3 에서 화살표 I 로 표시되어 있다. 도 2 는 도 1 의 단면도 II-II 를 나타내고, 도 3 은 도 2 의 단면도 III-III 를 나타낸다. CFB (10) 의 노 (12) 는 수직으로 연장되고, 유리하게는 그 하부 섹션이 테이퍼지는 직사각형 단면을 갖는다. 노 (12) 의 하단부에는 그리드를 통해 유동화 가스를 노 (10) 내로 도입하기 위한 윈드박스 (20) 가 있다. 도면에 도시된 노 (12) 의 단면은 직사각형 형상이고, 전방 벽 (12.1), 후방 벽 (12.2), 좌측 벽 (12.3) 및 우측 벽 (12.4) 을 갖는다. 노 (12) 는 노 (12) 의 후방 벽 (12.2) 에 커플링된 유동 채널 (22) 에 의해 그 상부 영역에서 고체 분리기 (14) 에 연결된다. 고체 분리기 (14) 는 유리하게는 가스 출구로서 그의 중심 파이프를 갖는 하나의 사이클론 분리기로 구성된다. 일부 실제 응용에서, 분리기 유닛에는 하나의 사이클론 분리기 또는 충돌 분리기 (impingement separator) 와 같은 다른 타입의 분리기 대신에 하나 초과의 병렬 사이클론 분리기들이 제공될 수도 있다. 분리기는 당업계에 통상적인 바와 같이, 증발 열 교환기 또는 그의 벽에 통합된 표면 (26) 을 포함하여 냉각된다. 유리하게는 증발 열 교환기는 증발수 기반 용액의 자연 순환이 획득되도록 커플링된다. CFB (10) 의 작동 시, 노로부터 분리기 (14) 로 흐르는 가스에 의해 동반된 고체 물질의 주요 부분은 가스 흐름으로부터 분리된다. 본 명세서에서 고체로 지칭되는 분리된 고체 물질의 적어도 일부 - 일반적으로 대부분 - 는 고체 복귀 시스템 (16) 을 통해 노 (12) 로 다시 복귀된다.
순환 유동층 보일러 (10) 의 배기가스 채널 (18) 은 실질적으로 수평으로 연장되는 크로스 오버 덕트 (24) 를 통해 분리기 유닛 (14) 에 연결된다. 크로스 오버 덕트 (24) 는 그 가스 출구에서 고체 분리기 (14) 를 연결하고, 상기한 부분들 위에서 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 를 연결하도록 배치된다. 크로스 오버 덕트 (24) 의 벽들은 냉각되고, 바람직하게는 증기 냉각된다. 따라서, 크로스 오버 덕트 (24) 는 열교환기 표면들 (28) 로서 배치되는 냉각된 벽들을 포함하고, 크로스 오버 덕트 (24) 의 내부 가스 공간은 비어 있고, 즉 내부 열교환기가 없다.
배기가스 채널 (18) 은 크로스 오버 덕트가 연결되는 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 를 포함한다. 배기가스 채널 (18) 은 수평 연장 패스 (18.2) 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 를 더 포함한다. 수평 연장 패스 (18.2) 의 일 단부는 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 의 하부와 연결되도록 배치된다. 수평 연장 패스 (18.2) 의 다른 단부는 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 의 하측 부분과 연결되도록 배치된다. 순환 유동층 보일러 내에서의 가스의 일반적인 유동 방향은 도면들에서 화살표 A 로 묘사되고, 분리된 고체의 일반적인 유동 방향은 화살표 B 로 표시된다. 수평 연장 패스 (18.2) 는 제 1 및 제 2 수직 연장 패스들이 유동층 열교환기 (31) 를 위한 공간을 남기도록 노 (12) 의 후방 벽 (12.2) 의 폭과 적어도 동일한 길이를 갖는다.
제 1 수직 연장 패스 (18.1) 는 크로스 오버 덕트 (24) 의 출구에 연결된 제 1 단부 (18.1') 및 제 1 단부 (18.1') 의 대향 단부에 있는 제 2 단부 (18.1") 를 갖는다. 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 의 제 1 단부 (18.1') 내의 가스 유동 개구는 그 상부에 있고, 개구의 둘레는 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 의 측벽들의 단부들에 의해 형성된다. 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 의 제 2 단부 (18.1") 의 가스 유동 개구는 그 측벽들 중 하나에 배치되어, 패스의 바로 그 단부가 벽에 의해 폐쇄된다. 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 는 제 1 단부 (18.3') 및 제 2 단부 (18.3") 를 갖는다. 제 1 수직 연장 패스와 제 2 수직 연장 패스 사이의 수평 연장 패스 (18.2) 는 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 의 제 2 단부 (18.1") 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 의 제 1 단부 (18.3') 에 연결된다. 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 의 제 2 단부에 가스 출구 (18.4) 가 있다. 유리하게는 노 (16), 분리기 유닛 (14) 및 고체 복귀 시스템 (16) 과 크로스 오버 덕트 사이에 견고한 연결이 있고, 크로스 오버 덕트 (24) 와 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 및 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 와 수평 연장 패스 (18.2) 사이에 팽창 조인트가 있다. 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 는 서로 평행하고 수평 연장 패스 (18.2) 와 직각을 이룬다. 각각의 패스는 배기가스를 위한 직선 도관을 형성한다. 크로스 오버 덕트는 분리기 유닛 루프에 지지되고, 이는 강 구조체로부터 어떠한 추가 지지도 필요하지 않음을 의미한다.
도 1 내지 3 으로부터 명확해지는 바와 같이, 배기가스 채널 (18) 은 크로스 오버 덕트 (24), 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 및 수평 연장 패스 (18.2) 뿐만 아니라 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 가 가스 유동 방향 (A) 으로 연속적으로 배열되어 크로스 오버 덕트 (24) 가 분리기 유닛 (14) 을 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 에 연결하도록 구성되고, 수평 연장 패스 (18.2) 는 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 를 서로 연결하도록 구성된다. 즉, 가스는 크로스 오버 덕트 (24) 로부터 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 로 유동하도록 배치되고, 여기서 유동층 보일러가 사용 중일 때, 연도 가스는 실질적으로 하향 유동한다. 연도 가스는 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 로부터 수평 연장 패스 (18.2) 로 더 유동하며, 여기서 연도 가스는 실질적으로 수평으로 유동한다. 연도 가스는 수평 연장 패스 (18.2) 로부터 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 로 더 유동하며, 여기서 연도 가스는 실질적으로 상향 유동한다. 크로스 오버 덕트 (24) 는 또한 수평으로 연장되고, 여기서 연도 가스는 실질적으로 수평으로 유동하지만, 수평 연장 패스 (18.2) 에서의 가스 유동 방향과 실질적으로 반대 방향이다.
분리기 유닛 (14) 은 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 와 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 사이에 그리고 수평 연장 패스 (18.2) 위에 적어도 부분적으로 위치된다. 이는 특히 도 2 에서 명확해진다. 노 (12) 의 내부 공간과 분리기 유닛 (14) 은 서로 인접하게 배치된다. 노 (12) 및 분리기 유닛 (14) 의 단면들을 통해 연장되는 라인 L1 및 제 1 수직 패스 (18.1) 및 제 2 수직 패스 (18.2) 의 단면들을 통해 연장되는 라인 L2 가 있다. 보다 구체적으로, 도 2 에서 라인 L1 은 노 (12) 및 분리기 유닛 (14) 의 단면들의 중심들을 통해 연장되고, 라인 L2 는 제 1 수직 패스 (18.1) 및 제 2 수직 패스 (18.2) 의 단면들의 중심들을 통해 연장된다. 그리고 볼 수 있는 바와 같이, 라인들 L1 및 L2 는 서로 각도를 이룬다. 도면들의 실시형태들에서, 노에 대한 분리기 유닛 (14) 의 위치 및 수직 패스들은 라인들 L1 및 L2 사이에 직각이 존재하도록 이지만, 예를 들어 분리기 유닛 (14) 이 몇몇 실제적인 이유로 그의 현재 위치로부터 수직 패스들 중 어느 하나를 향해 이동된다면, 각도는 여전히 실질적으로 직각일 것이다. 이는 또한 노 (12) 가 직사각형 단면을 가지기 때문에, 수평 연장 패스 (18.2) 가 노 (12) 의 후방 벽 (12.2) 및 전방 벽 (12.1) 쌍방과 평행하게 연장된다는 것을 의미한다. 실제로, 크로스 오버 덕트 (24) 의 방향이 수평 연장 패스 (18.2) 의 방향과 평행하다는 것을 주목할 만하다. 그리고, 특히 도 2 및 3 에서 볼 수 있는 바와 같이, 분리기 유닛 (14) 은 수평 연장 패스 (18.2) 에 대해 수직으로 더 높은 레벨에 있을 뿐만 아니라 수평 연장 패스 (18.2) 바로 위에 있고, 즉 측방향으로 동일한 위치에 있다.
고체 복귀 시스템 (16) 은 분리된 고체의 복귀 채널 (30) 을 포함하고, 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 와 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 사이에 배치된다. 분리된 고체의 복귀 채널의 경로에는 유동층 고체 물질 냉각기 (31) 가 존재한다. 유동층 고체 물질 냉각기 (31) 는 본 발명에 따라 증기를 과열시키기 위한 하나 이상의 열교환기를 구비하고, 따라서 유동층 열교환기로도 지칭될 수 있다. 또한 유동층 고체 물질 냉각기 (31) 는 분리기 유닛 (14) 아래에서 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 와 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 사이에 적어도 주로 배치된다. 도면에 도시되지 않더라도, 고체 복귀 시스템 (16) 에는 노 (16) 로부터 분리기 유닛 (14) 으로의 가스의 역류를 방지하기 위한 루프 시일 배열체가 제공된다.
본 발명에 따른 순환 유동층 보일러는 다양한 조성을 갖는 바이오매스, 슬러지 및 폐기물 유래 연료와 같은 고체 폐기물 유래 연료의 연소에 특히 유리하다. 연소에 의해 생성된 열은 증기 발생에 활용된다. 본 발명에 의해 제공되는 콤팩트한 설계는 폐기물 유래 연료를 위한 CFB 보일러에 특히 유리하다. 순환 유동층 보일러는 전력을 생산하는 발전소의 일부일 수도 있다. 전형적으로 작동 매체는 수계 용액이다. CFB 보일러 (10) 는 예를 들어 대략 랭킨 사이클을 적용하는 증기 사이클에 연결된 증기 발생 시스템을 포함한다. 증기 발생 시스템은 순환 유동층 보일러와 연결되도록 배치되어서, 이코노마이저 열교환기 (32), 증발 열교환기 (26) 및 과열기 열교환기 (28) 를 포함한다. 증기 발생 시스템의 과열기 열교환기 (28) 는 유동층 고체 물질 냉각기 (31) 및 크로스 오버 덕트 (24) 에 위치되고, 증발 열교환기 (26) 는 노 (16) (냉각된 노 벽), 분리기 유닛 (14), 수평 연장 패스 (18.2) 에 그리고 부분적으로는 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 에 위치된다. 이코노마이저 열교환기들 (32) 은 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 에 위치된다. 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 는 그 내부 공간 (17) 에 열교환기 번들이 없고, 따라서 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 는 실제로 빈 패스로 불릴 수 있다. 연도 가스는 염소 및 중금속 부식을 피하거나 적어도 완화시키기 위해 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 의 냉각된 벽에 의해 냉각된다.
CFB 보일러 (10) 의 주된 부분들 모두에는 실질적으로 단열 커버가 제공된다. 본 발명에 따른 CFB 보일러 (10) 의 레이아웃 덕분에, 이코노마이저 열교환기 (32), 증발 열교환기 (26) 및 과열기 열교환기 (28) 는 서로 인접하게 위치되고, 따라서 필요한 배관의 길이가 최소화되며, 이는 또한 배관의 절연의 필요성을 최소화한다. CFB 보일러 (10) 의 유지보수를 더욱 용이하게 하기 위해, 수평 연장 패스 (18.2) 는 독립적으로 지지된, 조립가능한 그리고 분해가능한 열교환기 모듈들 (19) 을 포함하고, 그 각각에는 증발 열교환기 (26) 가 제공된다. 도면들의 실시형태에서, 수평 연장 패스 (18.2) 는 4 개의 열교환기 모듈들 (19) 로 구성되며, 모듈의 수는 실제 응용에 의해 요구되는 대로 선택된다. 모듈들은 가스 패스로부터 수평 방향으로 제거 가능하도록 구성된다. 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 는 바닥으로부터 독립적으로 지지된다. 수직 연장 가공 패스와 수평 연장 패스 쌍방에는 냉각 또는 비냉각 부품으로서 설계될 수 있는 적절한 양의 애시 호퍼 (ash hopper) 가 장착된다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 단면도 II-II 를 도시하며, 이는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보일러 시스템 (10) 에 적응하기 위한 일부 가능성을 예시한다. 노 (12) 및 분리기 유닛 (14) 의 단면들을 통해 연장되는 라인 L1 과, 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 의 단면들을 통해 연장되는 라인 L2 가 있다. 이 실시형태에서, 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 는 도 2 에 도시된 것과 비교하여 더 큰 단면적을 가지며, 수평 연장 패스 (18.2) 의 일반적인 벽 라인으로부터 노 (12) 를 향해 연장된 채널 단면을 갖는다. 또한, 빈 패스 (18.1) 는 도 2 에서보다 더 작은 단면적을 갖는다. 그리고, 알 수 있는 바와 같이, 라인들 L1 및 L2 는 또한 이제 서로 각도를 이룬다. 본 발명에 따른 보일러 (10) 에서, 노 및 분리기 유닛 (14) 은 일반적으로 라인 L1 의 방향인 제 1 방향으로 서로 인접한다. 제 1 및 제 2 수직 연장 패스와 수평 연장 패스 (18.2) 는 대체로 노 (12) 의 후방 벽 (12.2) 의 방향인 제 2 방향으로 서로 인접하게 실질적으로 수직 평면 내에 배치된다. 제 1 및 제 2 수직 연장 패스들 (18.1, 18.3) 의 단면적들은 특정 실제 적용의 필요에 따라 적합하게 설계된다. 일부 경우에 빈 패스 (18.1) 의 단면적이 제 2 수직 연장 패스 (18.2) 의 단면적보다 더 큰 것이 고려될 수 있지만, 상황에 따라 경우는 반대일 수도 있다. 기준은 원하는 가스 속도 또는 압력 강하일 수 있다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태를 도시하며, 이에 의해 적어도 배기가스 채널 (18) 의 공간 절약과 관련하여 본 발명의 이점이 얻어질 수 있는 반면, 배기가스 채널 (18) 과 노 (12) 사이에 일부 더 많은 공간이 확보된다. 도 5 의 실시형태는 크로스 오버 덕트 (24) 가 수평 연장 패스 (18.2) 의 길이 방향에 대해 각도를 이루고, 즉 평행하지 않다는 점에서 도 2 의 실시형태와 상이하다. 이렇게 하여, 배기가스 채널 (18) 과 노 (12) 사이의 수평 거리가 도 1 에 도시한 것에 비해 증가하게 된다. 도 2, 도 4 및 도 5 에 도시된 특징들이 기술적으로 서로 양립 가능하여 이들을 서로 자유롭게 조합할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 특히, 배기가스 채널 (18) 과 노 (12) 사이의 더 큰 수평 거리를 제공하는 도 5 에 도시된 특징은 도 4 에 도시된 배기가스 채널의 증가된 단면을 적용하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이 특징이 다른 목적을 위해 공간을 사용할 수도 있으므로 도 5 에 이것은 보여지지 않는다.
여기에서 본 발명이 현재 가장 바람직한 실시형태로 생각되는 것과 관련하여 예로써 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시형태로 제한되지 않으며, 첨부된 청구항들에서 규정된 바와 같이, 본 발명의 특징들의 다양한 조합 또는 수정, 그리고 본 발명의 범위에 포함된 여러 다른 적용을 포함하려는 것으로 이해되어야 한다. 상기한 임의의 실시형태와 관련하여 언급된 세부 사항은 그러한 조합이 기술적으로 실현 가능하다면 다른 실시형태와 관련되어 사용될 수도 있다.
Claims (12)
- 순환 유동층 보일러 (10) 로서,
수직으로 연장되는 노 (furnace; 12), 분리기 유닛 (14), 크로스 오버 덕트 (14) 및 상기 크로스 오버 덕트 (24) 를 통해 상기 분리기 유닛 (14) 에 연결된 배기가스 채널 (18) 을 포함하고,
상기 배기가스 채널은 제 1 수직 연장 패스 (18.1), 수평 연장 패스 (18.2) 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 를 포함하고,
상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1), 상기 수평 연장 패스 (18.2) 및 상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 는 가스 유동 방향으로 연속적으로 배치되어서, 상기 수평 연장 패스 (18.2) 는 상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 및 상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 를 서로 연결하도록 구성되고,
상기 수평 연장 패스 (18.2) 는 상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 와 상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 사이에 배치된 상기 분리기 유닛 (14) 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러 (10). - 제 1 항에 있어서,
상기 노 (12) 가 직사각형 단면을 가지며, 상기 수평 연장 패스 (18.2) 가 상기 노 (12) 의 후방 벽 (12.2) 과 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러 (10). - 제 2 항에 있어서,
상기 크로스 오버 덕트 (24) 는 상기 노 (12) 의 상기 후방 벽 (12.2) 과 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러 (10). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 와 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 사이에 고체 복귀 시스템 (16) 이 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러 (10). - 제 3 항에 있어서,
상기 순환 유동층 보일러 (10) 에는 고체 복귀 시스템 (16) 에 유동층 고체 물질 냉각기 (31) 가 제공되고, 상기 유동층 고체 물질 냉각기 (31) 는 상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 와 상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 순환 유동층 보일러 (10). - 제 2 항, 제 3 항 및 제 4 항에 따른 순환 유동층 보일러 (10).
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 는 상기 크로스 오버 덕트 (24) 의 출구에 연결된 제 1 단부 (18.1'), 및 제 2 단부 (18.1") 를 갖고,
상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 는 제 1 단부 (18.3') 및 제 2 단부 (18.3") 를 갖고,
제 1 및 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 사이의 상기 수평 연장 패스 (18.2) 는 상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 의 제 2 단부 (18.1") 및 상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 의 제 1 단부 (18.3') 에 연결되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러 (10). - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 와 상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 는 상기 수평 연장 패스 (18.2) 와 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러 (10). - 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 는 그 내부 공간 (17) 에 열교환기가 없는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러 (10). - 제 1 항에 있어서,
증기 발생 시스템이 이코노마이저 열교환기들 (32), 증발 열교환기들 (26) 및 과열기 열교환기들 (28) 을 포함하는 상기 순환 유동층 보일러 (10) 에 연결되어 배치되고, 상기 과열기 열교환기들 (28) 은 상기 유동층 고체 물질 냉각기 (31) 및 상기 크로스 오버 덕트 (24) 에 연결되어 배치되고, 상기 증발 열교환기들 (26) 은 상기 노 (12), 상기 분리기 유닛 (14) 및 상기 수평 연장 패스 (18.2) 에 연결되어 배치되고, 상기 이코노마이저 열교환기들 (32) 은 상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 에 연결되어 배치되고, 상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 는 그 내부 공간에 열교환기가 없는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러 (10). - 제 1 항에 있어서,
증기 발생 시스템이 이코노마이저 열교환기들 (32), 증발 열교환기들 (26) 및 과열기 열교환기들 (28) 을 포함하는 상기 순환 유동층 보일러 (10) 에 연결되어 배치되고, 상기 과열기 열교환기들 (28) 은 상기 유동층 고체 물질 냉각기 (31) 및 상기 크로스 오버 덕트 (24) 에 연결되어 배치되고, 상기 증발 열교환기들 (26) 은 상기 노 (12), 상기 분리기 유닛 (14), 상기 수평 연장 패스 (18.2) 및 상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 에 연결되어 배치되고, 상기 이코노마이저 열교환기들 (32) 은 상기 제 2 수직 연장 패스 (18.3) 에 연결되어 배치되고, 상기 제 1 수직 연장 패스 (18.1) 는 그 내부 공간에 열교환기가 없는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러 (10). - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수평 연장 패스 (18.2) 는 증발 열교환기 (26) 를 각각 포함하는 독립적으로 지지된 모듈들 (19) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 보일러 (10).
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