KR880002395B1 - 유동층 열교환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유동층 열교환기

제 1 도는 본 발명의 유동층 열교환기의 수직 단면도이고,

제 2 도는 제 1 도의 유동층 열교환기의 일부분을 도시하는 부분 확대 평면도이고,

제 3 도는 제 2 도의 3-3선을 따른 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

6 : 하우징 8 : 앞면벽

10 : 뒷면벽 12 : 옆면벽

14 : 튜브 18 : 유동층

20 : 다공성판 22 : 공기 충만실

24 : 공기 인입 파이프 28 : 라이트오프 버어너

44 : 배출파이프 46 : 지지링

49 : 유동제어 밸브 50 : 공기 공급 노즐

본 발명은 유동층 열교환기 특히 유동화된 베드내에서 입자로된 연료의 연소에의 해열이 발생되도록 되어 있는 열교환기에 관한 것이다.

유동화된 베드(이하"유동층"이라 함)의 사용은 열을 발생하는 방법에서 관심을 둘만한 것으로 오랫동안 인식되어 왔다.

보통의 유동층 열교환기에 있어서, 고농도의 황함유 역청탄 같은 연료 재료와 석탄 연소의 결과로 방출되는 유황을 흡착하기 위한 흡착제의 혼합물을 포함하는 물질을 지지하는 다공성 판 또는 그리드(grid)를 공기가 통과하도록 되어있다.

유도층을 공기가 통과함으로써, 유동층은 연료의 연소를 촉진시키는 역할을 한다.

아러한 열교환기에 있어서의 근본되는 장점은 비교적 높은 열전달율, 상당히 균일한 유동층 온도, 비교적 낮은 온도에서의 연소, 석탄 취급의 용이성, 부식 및 보일러 불결의 감소, 및 보일러 소형화등이다.

유동층 연소방법에 있어서는 석탄과 흡착제가 연속적으로 적절한 공급기나 주입기에 의해 유동층에 공급되며 연소된 석탄과 흡착제는 유동층의 하부로 배출되는데 보통 한쪽 단부가 다공성에 형성되어 있는 개구부와 중심이 일치되어 있으며, 다른 단부는 나사형 냉각기, 콘베이어 밸브 등에 연결되어 있는 중력식 배출 파이프를 통해 배출되는 것이다.

그러나 종래의 유동층 열교환기에 있어서는 석탄의 크기가 비교적 다양한 경우에 큰입도의 석탄이 배출 파이프의 윗부분에 걸려서 석탄이 그 부분에 쌓이는 현상이 발생하여, 전혀 유동이 안되는 것은 아니지만 상당히 곤란한 정도로 흐름을 방해하였다.

결과적으로 큰 입도의 석탄은 배출이 안되고 오히려 배출 파이프를 막히게 하거나 유동층의 유동서을 크게 저하시키는 문제점을 발생하게 되는 것이다.

그러므로 본 발명의 첫번째 목적은 비교적 다양한 크기의 입자로 된 물질을 사용할지라도 연소된 물질의 적절한 배출이 이루어지도록 되어있는 유동층 열교환기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 배출 파이프인 입구의 바로 윗부분에 있는 유동층 물질을 유동화시켜서 연소된 물질을 연속적으로 확실히 배출되도록 하기 위하여 배출 파이프 인입구위에 공기를 공급하는 공기공급 노즐이 설치되어 있는 상기 형태의 유동층 열교환기를 재공하는데 있다.

이러한 목적을 수행하기 위해, 본 발명의 유동층 열교환기에는 판에 의해 지지되어 있는 입자로 된 물질을 유동화시키기 위해 판에 구멍을 형성하여 이구멍을 통해 공기를 유입시키는 장치가 포함되어 있다.

배출 파이프는 연소된 입자로 된 물질의 배출을 위해 다공성 판과 연결되어 있으며, 공기는 배출 파이프내로 연소된 물질이 잘 흐르도록 하기 위해 배출 파이프의 인입구로 공급된다.

이하 첨부도면에 따라 본 발명을 보다 상세히 기술하고자 한다.

제 1 도에서 참조번호"6"은 보일러, 연소기, 반응기 또는 이와 유사한 형태의 유동층 열교환기의 주요부를 형성하는 하우징을 나타낸다.

하우징(6)은 앞면벽(8), 뒷면벽(10)과 두개의 옆면벽(12)으로 구성되어 있는 데 두개의 옆면벽중 하나만을 도면에서 도시하였다. 각각의 벽들은 일정 간격을 두고 평행관계를 이루며 수직으로 뻗은 다수의 튜브(14)와 튜브의 길이 만큼 뻗어있으며 종래의 방법으로 튜브의 지름방향으로 반대되는 표면에 연결되어 있는 다수의 가다란 핀(fin) (16)들로 구성되어 있다.

하우징(6)의 상부는 편의상 도시하지는 않았으나, 환류부, 상판 및 연소개스의 배출을 위한 배출구로 구성되어 있다는 것을 쉽게 상상할 수 있다.

입자물질로 된 유동층(18)은 도면에서 보듯이, 하우징내에 위치되면 보일러의 하부에 있는 수평의 다공성판(20)에 의해 지지된다.

유동층(18)은 역청탄과 같은 연료와, 연소시 발생되는 유황을 흡수하기 위한 석회석과 같은 흡착제등의 분리된 입자들의 혼합물로 구성된다.

공기 충만실(22)는 다공성 판(20)바로 밑에 제공되어 있으며 공기 인입 파이프(24)는 밸브(26)의 제어에 의해 외부 공급원(도시되지 않았음)으로 부터 공기 충만실로 공기를 공급하기 위하여 공기 충만실로 통하도록 설치되어 있다.

밸브(26)은 종래의 방법으로 설게되어 있으므로 더이상 상세히 기술하기 않는다.

라이트 오프 버어너(28)가 다공성 판(20)바로 위의 앞면벽(8)를 관통하여 설치되어 있다.

세개의 상부 공급기(30) (32) (34)들이 옆면벽(12)를 통해 설치되어 있다. 공급기(30) (32) (34)는 인입덕트으로 부터 석탄입자를 받아서 석탄 입자들을 유동층(18)의 상부에 공급시켜줄 수 있도록 되어있다. 공급기(30) (32) (34)는 중력식배출에 의해 작동될 수 있으며 분산식 공급기 형태 또는 기타 다른 유사한 장치가 사용될 수 있다.

공급기(30) (32) (34)는 앞면벽(8), 뒷면벽(10), 옆면벽(12)중 하나 이상의 벽을 관통하여 설치될 수 있고 이와 유사한 공급기로 유동층 (18)에 흡착제를 공급하기 위하여 설치될수 있다.

다수의 공기 분배기 (36)는 다공성 판 (20)에 형성되어 있는 일정간격을 유지하는 다수의 개구부에 설치되어 있다. 공기분배기(36)는 수직으로 놓여있는 원형 부재의 형태로서 볼트 또는 용접과 같은 종래의 방법으로 다공성 판(20)에 견고히 부착되어 있고 입자물질로 된 유동층 (18)속으로 미리 정해진 길이만큼 다공성 판(20)의 상방으로 뻗어 있으며, 그 하단부는 공기 충만실(22)로 부터 공기를 받아 들인다.

공기 분배기(36)를 통과한 공기는 다공성 판(20)으로부터 미리 정해놓은 길이만큼 떨어진 유동층 속으로 공급된다.

그러므로 입자물질의 정지층이 다공성 판(20)의 상부면과 공기 분배기(36)의 상단부 사이에 형성되는 데 그 이유는 후술키로 한다.

한쌍의 수평 모관(母管) (40)은 앞면벽(8)과 뒷면벽(10)을 이루는 튜브(14)와 유체가 통할수 있도록 연결되어 있으며 다른 한쌍 수평모관(42)은 2개의 옆면벽(12)를 형성하는 튜브(14)와 유체가 통할 수 있도록 연결되어 있다.

수평모관(40), (42)은 벽(8) (10) (12)등의 상단부와 유체가 통하도록 있다.

따라서 가열될 유체가 연속적으로 또는 동시에 벽(8) (10) (12)를 통과하여 종래의 방식대로 유동층으로 부터 열을 빼앗게 된다.

배출 파이프(44)는 공기 충만실(22)를 관통하여 뻗어 있으며 그 인입 단부(44a)는 다공성 판(20)에 형성된 확대 개구부를 지나 뻗어 있으며 약간 위로 돌출되어 있다.

지지링(46)은 다공성판(20)에 형성된 개구부내에 설치되며 용접과 같은 공지의 방법에 의해서 견고히 부착된다.

지지링(46)은 공기 충만실(22)내로 뻗으며 원형 지지부재(48)에 의해 배출파이프(44)와 연결된다.

유도 제어밸브(49)는 배출파이프(44)의 하부에 설치되며 종래의 방법으로 배출 파이프로 부터 물질의 배출을 선택적으로 제어할 수 있도록 작동되는 데 이에 대해서는 후술키로 한다.

다섯개의 공기 공급 노즐(50)은 배출 파이프(44)의 상단부에 일정 간격으로 설치되어 있는데, 제 2 도 및 제 3 도에 잘 도시되어 있다. 각각의 공기공급 노즐(50)은 수직방향의 나사부(50a)를 갖는다.

이 나사부는 다공성 판(20)에 형성된 개구부에 삽입되어 종래의 방법으로 너트(52)에 의해 다공성 판(20)에 체결된다. 각 공기공급 노즐(50)은 배출파이프(44)의 인입단부(44a) 위로 뻗은 수평연장부(50b)를 형성하기 위하여 거의 90° 정도로 굴곡되어 있다.

제 2 도에서 알수 있듯이 공기공급 노즐(50)의 수명 연장부(50b)는 대체적으로 배출파이프(44)의 중심축선을 향하여 뻗어있지만 배출파이프의 원주 방향으로 약간 회전되어 있다. 공기공급 노즐(50)의 하단부에서 공기 충만실(22)로부터 공기를 받아들여서 배출 파이프(44)의 상단부 쪽으로 공급 시키는데 대략 제 2 도의 일점쇄선으로 표시된 것과 같이 배출 파이프의 중심 축선을 향하게 공급하고 있다.

유동층 열교환기 작동시에는 공기 인입 파이프(24)내에 설치된 밸브(26)은 열려 있으며 공기가 공기 충만실(22)를 지나 공기 분배기(36)와 공기공급 노즐(50)의 인입 단부를 통과하여 유동층으로 들어간다.

공기는 공기 분배기(36)의 길이만큼 상부로 흐른 후 다공성판(20)상부면으로 부터 공기 분배기(36)의 길이만큼 떨어진 유동층(18)으로 공급된다.

그래서 공기 분배기(36)의 배출단부 바로 위에 있는 유동층(18)의 입자물질 부분은 유동화되나, 공기 분배기의 배출단부와 다공성 판(20)의 상부면 사이에 있는 부분은 정지 상태로 남아 있는다.

라이트 오프 버어너(28)은 물질의 온도가 이미 설정된 온도에 이를 때까지 유동층의 물질을 가열시키기 위하여 점화되며 동시에 입자로 된 연료가 공급기(30) (32) (34)로 부터 공급되고 흡착제가 다른 공급기(도시 되지 않음)로 부터 유동층(18)의 상부면으로 공급된다.

유동층(18)이 유동화되고 전술한 바에 따라 미리 설정된 온도에 도달한 후 라이트 오프 버어너(28)가 작동 중지되며 공급기(30) (32) (34)는 미리 설정된 공급속도로 유동층의 상부 표면에 입자로 된 연료를 계속적으로 공급한다.

전술한 결과로 다공성 판(20)의 상부면과 공기 분배기(36)의 배출단부 사이에 있는 입자로 된 물질의 정지층은 다공성 판(20)에 대해 절연체의 역할을 한다.

배출 파이프(44)의 상단부의 공기공급 노즐(50)으로 부터 공급되는 공기는 배출 파이프 주위에 쌓여 있는 재료를 유동화 시킴으로써 큰 입도의 물질에 의해 배출 파이프 입구가 막히는 것을 방지할 수 있으며, 주로 재의 형태인 연소된 연료와 흡착제가 배출 파이프(44)로 들어가는 것을 가능하게 해주는데, 유동 제어 밸브(49)의 제어하에 배출 파이프(44)를 통과하며 배출단부로 부터 나사형 냉각기, 콘베이어 벨트등으로 배출된다.

가열시키려는 물과 같은 유체는 수평모란(40) (42)을 통과하여 벽 (8) (10) (12)를 형성하는 튜브(14)을 동시에 또는 연속적으로 통과함으로써 유동층으로 부터 유체에 열이 전달 되어 가열되고 유체는 계속해서 다음 작업을 위한 외부장치로 들어간다.

이와 같이 배출 파이프(44)의 인입단부(44a)의 바로위에 있는 부분은 비교적 큰입도의 물질들이 있을지라도 유동화된 상태로 있게 되며 다공성 판(20)의 바로위의 나머지 부분에 있는 물질은 정지상태로 있음으로써, 유동층(18)의 비교적 높은 온도에서도 다공성 판을 단열시켜 주는 기능을 하게된다.

상기 실시예의 여러가지의 변형예도 본 발명의 범위에 속한다.

예를 들면 본 발명은 다섯개의 공기공급 노즐를 도시된 방법으로 사용하는데 국한되지 않는다.

왜냐하면 공기배출 노즐의 수와 위치는 본 발명의 범위내에서 용이하게 변경될 수 있는 것이기 때문이다.

Claims (9)

1. 입자로 된 물질의 유동층을 지지하도록 되어있는 다공성 판, 입자물질을 유동화 시키기 위하여 다공성 판을 통해 공기를 공급시키기 위한 공기 분배기, 상기 유동층에 추가의 입자물질을 공급하기 위한 공급기, 유동층으로 부터 연소된 입자물질을 배출시키기 위해 유동층과 통하게 된 배출 파이프, 그리고 연소된 물질을 배출 파이프를 통해 원활히 배출되도록 배출파이프의 인입구위로 공기를 공급하는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 유동층 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 배출파이프의 인입구가 다공성판에 형성되어 있는 개구부와 중심이 일치되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 열교환기
3. 제 1 항에 있어서, 공기 공급장치가 다공성 판 하부에 있는 공기 충만실을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 열교환기
4. 제 1 항또는 제 3 항에 있어서, 공기 공급장치가 다공성팡에 의해 지지되는 다수의 공기공급 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
5. 제 4 항에 있어서, 공기공급 노즐이 다공성 판에 형성된 개구부를 통하여 뻗어 있으며, 상기 공기 충만실로부터 공기를 받아 들이도록 된 것을 특징으로 하는 유동층 열 교환기.
6. 제 4 항에 있어서, 공기 공급 노즐이 다공성판으로 부터 위로 뻗어 있는 나사부와 이 나사부에 대해서 직각으로 굴곡되어 있으며 배출 파이프의 인입구 위로 뻗어 있는 수평연장부로 구성되어 있는것을 특징으로 하는 유동층 열교환기.
7. 제 1 항에 있어서, 공기공급 장치가 공기가 대략적으로 배출 파이프의 중심 축선을 향해 공급되도록 공기공급 노즐이 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 열교환기.
8. 제 1 항에 있어서, 공기분배기가 다공성 판위로 뻗어 있고 공기를 받아들이는개구부와 중심이 일치되어 있으며, 상기 공기를 다공성 판으로 부터 일정간격 떨어진 유동층으로 공급하도록된 것을 특징으로, 하는 유동층 열교환기.
9. 제 8 항에 있어서, 공기 분배기의 길이가 다공성 판의 상부면과 공기 분배기의 배출단부 아래 사이에 있는 물질이 다공성판에 대하여 유동층내의 고온으로부터 단열시켜 줄수 있는 길이인 것을 특징으로 하는 유동충 열교환기.

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