KR840001477B1 - 유동상 연소장치(流動床燃燒裝置) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유동상 연소장치(流動床燃燒裝置)

제1도는 본 발명의 유동상 연소장치의 일부분의 개략적 측단면도.

제2도는 제1도 장치의 변형물의 측면도.

제3도는 냉각제 유동 조절장치를 보이는 제1도 또는 제2도 장치를 각 도면의 우측단에서 보았을때의 단면도.

본 발명은 유동하는 상(床)을 가진 연소장치의 유동상(床)에 유동 가스를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 유동상(床)은 조작시 유동상 물질을 통하여 지나가는 공기 또는 불활성 가스에 의하여 유동되는 불활성 입자상물질(에컨대 모래)의 상(床)으로 구성되어 있다. 유동 가스는 유동상 용기의 저부벽으로부터 유동상 물질을 통하여 수직으로 뻗도록 하거나, 본 장치의 측벽으로부터 유동상 물질속에 수평으로 뻗도록 배치된 공급관의 배열을 통하여 유동상 물질에 도입되는 것이 좋다.

유동상 장치(예컨대 소각로, 고온 가스 발생기, 발생로 가스발생기, 열처리 용광로, 반응기, 건조기, 소성로 등)에는 유동상(床)을 형성하는 불활성 입자상 물질용의 적당한 용기가 설치되며, 대부분의 경우 그와같은 용기는 강철구조물내에 내화물질(내화 벽돌과 같은)를 쌓아서 구성한다.

연료의 연소용으로 사용되는 유동상 장치의 유동상(床)을 형성하는 물질은 통상적으로 고온으로 유지되며 유동상을 형성하는데 사용되는 불활성 입자 물질의 밀집성으로 인하여, 그를 통하여 유동하는 가스는 높은 저항을 받게된다. 그 결과, 유동상 연소장치의 저부에서 가스압은 높아지는 경향이 있다(물의 500mm정도) 이러한 고온 및 고압 때문에, 가스케트, 봉함 로우프 및/또는 패킹마개 같은 종래의 봉함 기술을 사용하는 경우, 유동상 용기의 가스 입구 지점을 어떻게 봉합하느냐하는 문제가 생긴다. 이들 문제는 유동가스가 유동상물질을 통하여 뻗어있는 공급관에 의하여 유동상 내에 분배될때, 특히 유동상 물질까지 통과한 유동가스의 온도가 상승(600-1000℃ 정도)할때 문제가 커지는바, 유동상의 온도가 그의 안정하고 열적으로 정상적인 조업상태에 달하면 필연적으로 뒤따르게 된다.

수평으로 뻗은 공급관을 사용하는 경우, 고온 가스 및 고압의 영향은 공급관이 용기벽을 결합하는 지점에서 상당한 문제를 야기시켜, 때때로 가스의 누설(공급관 속으로의 가스 유동보다도)을 방지하는데 어려움을 격게된다. 동시에 용기벽의 가열로 인하여 벽에 뒤틀림이 생겨 그 결과 열손실의 심각한 문제가 된다.

본 발명은 공급관의 최외단부가 유동상의 용기벽에 고정되어 있고, 공급관의 단부에 인접한 벽의 부분이 액체냉각제에 의하여 냉각됨을 특징으로 하는 공급관을 경유하여 유동상 연소장치의 유동상에 유동용가스를 공급하는 장치이다. 이때, 바람직한 냉각제는 물이다.

본 발명에서는, 공급관의 단부는 관의 판을 통하여 용접되어 있고, 이 판은 용기의 벽에 용접되어 액체 냉각제의 유동에 의하여 냉각된다.

본 장치는 상술한 공급관을 통과하는 예열 유동 가스를 조작하는 예열장치 및 본 장치에 액체냉각제의 유동율을 알려주는 유동 스위치 장치를 함유할 수 있으며, 상술한 유동 스위치장치는 냉각제의 유동이 예정된 유동을 이하로 떨어질때 상술한 예열장치의 조작을 저지하도록 조작한다.

본 장치로부터 생기는 냉각제 온도를 예정 온도이하로 유지시키기 위하여, 본 장치에 냉각제 유동율을 조절하도록 조작하는 온도 조절장치에 의하여 조절되는 밸브를 설치함이 좋다.

본 장치의 액체 냉각제 입구와 액체 냉각제 출구 사이에 보조 밸브를 연결할 수 있으며, 이 밸브는 본 장치로부터 냉각제 유동율을 최소로 유지시키도록 조작된다.

냉각제는 상술한 관판의 표면에 용접된 관을 따라 유동할 수 있으며, 이 관은 단면이 반-원형인 것이 좋으며, 공급관의 단부에 인접한 관판에 용접되어 있다.

본 발명의 변형에는, 상술한 제1관 판으로부터 떨어져 있는 상술한 공급관에 용접되는 제2관 판이 설치되어 있으며, 액체 냉각제가 상술한 공급관의 단부 둘레에 있는 제1 및 제2관판 사이로 통과하지 않으면 않되게한다. 공급관의 단부는 상술한 제1 및 제2관판에 용접되어 상술한 제1 및 제2관판이 따로따로 떨어져 간격을 이루도록하는 금속링에 의하여 둘러 싸이도록 함이 좋다.

유동상으로 통과한 유동용 가스가 가열되는 기간이 제한됨에 따라(유동상에 공급되는 연료의 연소가 유지되는 온도까지 유동상 물질의 온도를 상승시키는데 필요한 시간까지)공급관의 단부의 냉각은 장기간동안 행할 필요가 없다.

공급관이 용접되는 관판은 상당한 두께(1cm 또는 그 이상)로 되고, 공급관과 유사한 열 특성을 가진 물질이 바람직하다. 공급관과 공급판 사이의 용접은 밑을 파서 채운 용접이 바람직하다. 유동상 용기의 조립중이나 조립후 및 공급관의 조립중이나 조립후에 검사 및 대치가능하도록 용접부분에는 사람이 접근할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

물 입구는 본 장치의 저부 가까이에, 물 출구는 상부가까이에 설치되는 것이 바람직하다. 공급관의 단부를 냉각시키는데 사용되는 물은, 물 탱크에 복귀되는 처리된 공급수이거나 또는 배수관으로 빠지는 처리되지 않은 물일 수 있다. 소요되는 물의 양은, 제한 기간동안만 사용된다면, 예컨대, 예열 버너로부터 통과하는 가열 가스가 공급관에 통과하여 자동가열 조작전에 유동상을 가열할때만 사용되는 경우에는, 별로 많은 양이 소요되지 않는다고 추측되지만, 재순환되는 처리된 공급수의 사용은 열 및 물의 손실을 방지할 것이다.

동일한 냉각방법으로, 버블 캡(bubble cap)이 달린 수직공급관을 사용하는 경우에 유동상 연소실의 저부판을 냉각시킬 수 있으며, 또 용기의 내측벽으로 들어오는 수평공급관을 사용하는 경우에도 사용할 수 있으며, 이 범위내에서, 이들 장치내에서 예열기를 사용할 수도있다.

냉각수의 유동을 감시하는 유동 스위치는 규정된 최소값에 맞추어 놓음으로서, 유동 가스 예열기의 회로와 연결시켜서, 냉각수가 유동하지 않을때에는 예열기가 시동할수 있도록 하여 공급관과 관판사이에 있는 용접된 죠인트가 안전하게 작동할 수 있게한다. 온도 조절장치에 의하여 조절되는 밸브는 입구에서 물의 유동을 변화시켜서, 일정한 유출온도(약 60℃)로 유지하게 한다. 보조밸브를 사용해서 냉각수의 최소 유동속도를 유지시켜, 유동스위치가 폐쇄되도록 함이 바람직하다.

본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 강철제의 유동상 용기(10)를 도시한 것으로서, 그의 벽(1)은 용기(10)의 벽내에 있는 내화 벽돌(13)의 라이닝을 통과하는 수평으로 뻗은 다수의 관(12)에 의하여 관통되어 있다. 각각의 관(12)에는 도시한 바와같이 다수의 구멍(14)이 설치되어 있다. 개구는 대략적으로 관(12)과 수평으로 또는 외방 및 하방으로 뻗어있다. 관(12)의 최외방 단부[용기(10)의 벽(11)을 통과하는 관(12)의 최외방 단부]는 용기(10)의 길이를 뻗어있는 절반이 둥근 수로관(16)를 가진 관 판(15)을 통하여 그에 용접되어 있다.

관(16)의 아래쪽 끝은 냉각제 입구(17)를 형성하며, 관(16)의 윗쪽 끝은 냉각제가 관(16)을 통과하는 냉각제 출구(18)(제3도참조)를 형성한다. 관(16)의 다른 단부는 (19)에서 상호 연결되어 있다.

관(12)의 최외방 단부는 영국 표준당국에 의하여 추천된 바와같이 용접을 이용하여 관 판(15)에 용접되어 소방용관이 관 판에 삽입되도록 하였다(영국표준). 관 판(15)은 (20)에서 용기(10)의 측부에 용접 또는 플랜지되어 있다.

외부 강철 케이징(22)으로 형성되었으며 내화물질(23)과 나란히 정렬된 공급실(21)은 가스, 연소공기 및 재순환 연도가스를 관(12)에 공급하며, 도시한 바와같이 관(12)의 단부에 이루는 내화블록(25)을 통과하는 통로(24)에까지 뻗어있으며, 공급실(21)은 블록(25)에 접근할 수 있도록 제거 가능한 두껑(26)을 가지고 있으며, 블록(25)은 그 자체는 제거가 능하기 때문에, 관 판(15)과 관(12)사이의 용접부에 접근 가능하기 때문에 용접 조인트 및 관의 검사 및/또는 대치가 가능하다.

가스 입구장치(27)(예컨대, 루우츠(Rootes)형 송풍기)로부터 공급관(21)로 통과한 가스는 버어너(28)에서 예열되어 유동상(29)의 온도를 그의 조작온도까지 상승시킬 수 있다.

제1도로부터 알수있는 바와같이, 용기(10)의 벽(11)은 유동상(29)과 공급관(21)사이에 격벽을 형성하여 유동이 관(12)내에서만 일어나도록한다. 또한 버어너(28)로부터 고온 가스의 통과에 의하여 생긴 관(12)의 대류 의하여 가열되나, 또 한편으로는 열은 관(12)으로 열이 관판(15) 및 반원형 파이프(16)에 인접한 관판의 수냉대역의 전도에 의하여 냉각된다.

가스로부터 관까지의 대류열 공급속도는 관의 열전도 계수 및 벽면적 사이의 온도차의 함수이다. 즉, 관(12)으로부터 판(15) 및 냉각수까지의 전도성 열전도율은 시스템의 각종 부재 사이의 온도차, 관벽의 단면적 관 물질의 전도 계수 및 관의 가열부분과 관(15)사이의 거리에 의하여 결정된다. 이들을 고려함으로서, 관(12)의 냉각된 길이 및 물에 대한 열 손실율을 계산할 수 있다. 즉, 관(12)의 직경이 약 90mm이고, 벽두께가 3mm이며, 가스온도가 약 850℃이며, 상승하는 물 온도가 약 50-60℃인 경우에, 전자의 경우 2-3cm정도, 후자의 경우 각 관(12)에 대하여 시간당 약 50ℓ의 물을 요한다.

제2도는 제1도에 도시한 장치의 변형예로서, 반원형 냉각파이프(16)대신에 물 쟈켓트(30)를 사용한 것이다. 물 쟈켓트(31)는 용기(10)의 벽(11)과 관 판(15)사이에 형성되어 있다. 관판(15)은 내화블록(25)의 전체 높이에 걸쳐 뻗어 있으며 벽(11)으로부터 일정한 간격으로 떨어져 있다. 쟈켓트는 플랜지형 연장부분(31)에 의하여 공급실(21)의 케이징(22)에 밀폐되어 있다. 가스는 공급실(21)로부터 통로(24)로 들어가고, 제1도의 장치에서와 같이 공급실의 뚜껑(25)은 용접부에 접근 가능하도록 제거할 수 있다. 벽(10) 및 관판(15)사이의 관(11)의 최외방 단부둘레에, 모든 관(12)에 대한 관판(15)에 입구를 형성하도록 링(32)이 설치되어 있다. 링(32)은 벽(11) 및 관판(15)에 용접되어 그 사이에서 공간으로서 작용한다. 링은 화염-관 또는 쉘-보일러(Shell-boiler)을 사용하는 경우에 내화벽 또는 플러그(10)에 의하여 상(29)으로부터 절연된다. 제2도에 도시한 변형에는 제1도에 도시한 형태와 사실상 동일한 방식으로 작동한다. 냉각제수는 입구(17)로부터 물 쟈켓트를 통하여 출구(18)를 통과하여 관판(15) 및 벽(11)을 냉각시킨다.

제3도는 본 장치에 냉각수의 공급을 조절하는 방식을 도시한 것이다. 입구(17)에 이르는 냉각제 공급라인(34)에 정지밸브(35) 및 물의 유동율이 특정한 최소 수준 이하로 떨어질때면 예열 버어너(28)[전기 접속기(37)를 경유하여]의 작동을 정지시키기 위하여 작동하는 유동-스위치(36)가 있다. 모든 작동 조건하에서 이와같은 유동속도를 유지하기 위하여, 출구(18)의 온도조절장치(42)로부터 접속부(41)를 경유하여 공급되는 전기신호의 조절하에 출구(18)에 일정한 온도를 유지하도록 작동하는 감독밸브(40)를 우회하는 정지밸브(39)를 함유한 보조 루우프(38)가 있다. 밸브(40)는 출구 냉각제 온도가 상승하는 경우 물의 유동을 증가시키고 출구 온도가 하강하는 경우 냉각제 유동속도를 감소시키도록 작동한다. 지방당국의 규정에 따라, 냉각시스템으로부터 유출되는 물은 일정한 온도, 통상적으로 60℃정도를 초과하여서는 않되며, 에너지면에서 고려할때, 물의 출구의 온도는 상기 온도보다 상당히 낮지 않도록 함이 바람직하다.

본 발명에서 용기벽을 냉각시키기 위하여 사용된 물을 재순환시켜 공급실에 비축된 가스를 약간예비 가열할수도 있다.

Claims (1)

1. 용기(10)의 벽(11)내에 설치된 각 공급관(12)의 최외단부가 용기의 벽에 의하여 견고히 지지되었고, 또 상술한 공급관(12)에 인접해서 상술한 벽(11)과 열전도가 잘되도록 설치된 냉각장치(16 또는 30)를 통하여, 냉각액을 통과시켜, 공급관(12)의 최외단부와 이를 지지하고 있는 벽(11)을 냉각시키도록 된것을 특징으로 하는, 입자상 불활성 물질의 상(床)(20)을 수용하기 위한 용기(10), 각기 가스공급실(21)과 연결되었으며 또 다수의 구멍(14)를 가지고 있는 상술한 상(床)내에서 입자상 불활성 물질을 유동시키기 위해 가스를 통과시키기 위한 다수의 관으로 구성된 유동상 연소장치(流動床燃燒裝置).

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