KR910001838B1 - 순환 유동상 반응기(Circulating Fluidized Bed Reactor) - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

순환 유동상 반응기(Circulation Fluidized Bed Reactor)
본 발명의 목적은 반응기의 구조가 간단하고 콤팩트해지도록, 분리기로부터 가스 배출 통로가 배치된 순환 유동상 반응기를 제공하는 것이다.
유동상(fluidized bed)기술은 예를 들면 소성로(calcinator)에 오랫동안 이용되어 왔으며, 현재는 증기 보일러 및 가스화 장치와 같은 여러 반응기에 점점 널리 이용되고 있다. 공지 장치에 있어서는 보통 하부에 있는 깔때기형 사이클로 분리기와 가스를 위쪽으로 유도하는 가스 배출관에 설치된 원통형 와류실에서 배출가스로부터 고체가 분리되어, 분리된 고체는 스탠드 파이프를 통하여 반응기로 되돌아 간다.
대형 순환 유동상 반응기에서는 일반적으로 여러개의 분리기가 이용되어 가스 도관 시스템이 복잡해지고 여러개의 신축 연결구를 필요로 한다.
순환 유동상 보일러의 한가지 예로 스웨덴 특허 출원 제8203268-1호를 들수 있는데, 여기서는 연소실의 후벽이 전벽을 향하여 굽혀져서 연소실의 천장을 이룬다. 이 천장의 바로 밑에 배기 가스용 배출 구멍이 위치하고, 이는 사이클론 분리기와 연결된다. 사이클론 분리기의 가스 배출 구멍은 천장 상부의 도관과 연결되고, 이 도관은 벽 하나가 연소실의 후벽으로 이루어지는 수직 대류부로 연결된다. 사이클론 분리기는 보일러로부터 떨어져 보일러에 대하여 대류부의 반대 쪽에 위치하므로 가스 도관 시스템이 복잡해지고 여러개의 신축 연결구가 필요하다.
(발명의 설명)
본 발명에 의한 순환 유동상 보일러에서는 상술한 문제점이 해소되도록 수평 사이클론 분리기가 설치된다. 이 분리기는 순환 유동상 보일러와 일체로 제작되기 때문에 설치 공간과 소요 자재가 절약된다.
핀란드 특허 출원 제841126호에는 반응기 위에 배치된 수평 사이클론에서 고체가 분리되고, 반응기의 상향 유동 배출 가스가 수평 와류실 내로 접선 방향을 따라 도입되고, 정화된 가스는 사이클론의 분리실의 단벽의 하나 또는 양자를 통하여 배출되는 장치가 기재되어 있다.
본 발명에 의한 장치의 주된 특징은 와류실로부터 정화된 가스를 끌어내는 관(들)이 와류실의 벽에 있는 구멍(들)로 연결되고 와류실 내로 연장되는 것이다.
가스 배출 도관(들)은 가스 공급 도관 내를 통과하도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 핀란드 특허 출원 제841126호 보다 훨씬 간단한 구조로 할 수 있다. 가스 공급 도관을 지나는 도관(들)은 연소실의 전후벽을 서로 연결시켜 구조가 더 견고해지도록 한다. 가스 배출 도관들은 가스 정화의 관점에서 여러개의 배출 도관에 의하여 분리기의 종방향으로 가스가 균일하게 배출될 수 있도록 적절한 위치에 배치된다. 뿐만 아니라 여러 배출 도관으로부터 증기 보일러의 대류부까지로의 가스 배출이 보다 쉽게 이루어진다. 이렇게 하여 설치 공간이 절약된다.
발명을 실시하기 위한 최상 모드
제1,2도에 도시된 증기 보일러에는 4개의 벽(1-4)이 공지 방법으로 용접되어 튜브를 형성하여 이루어진 연소실(5)이 포함된다. 이 튜브는 보일러의 열전달면을이루고, 여기에 상세히 설명되지 않은 보일러 순환시스템이 연결된다.
연료 입구(6)는 연소실의 하부에 위치하고, 1차 가스 및 2차 가스용 입구(7, 8)도 각각 설치되어 있다.
연소실의 상부에는 수평 사이클론 분리기(9)가 설치되어 있다. 연소실의 측면에는, 튜브의 벽(1, 11, 12, 13)으로 이루어지고 그 속에 열 전달면(14)이 추가로 배치되어 있는 수직 대류부(10)가 위치한다.
연소실의 2 대향벽인 전벽 (l)과 후벽 및 후벽(2)과 평행한 벽(15)이 입자 분리기를 형성한다. 연소실의 전벽(1)과 벽(15)은 서로를 향하여 굽혀지고, 서료 연결되어 분리기의 만곡벽(16)을 형성한다. 연소실의 후벽(2)은 전벽(1)을 향하여 굽혀져 연소실의 천장(17)을 이루고, 먼저 대각선 방향으로 연장된 후 위쪽으로 전벽(1)의 만곡부와 평행하게 구부러져 이들은 함께 입구부(21)가 수축되는 분리기의 가스 입구 도관(18)의 내외벽(19,20)을 이룬다.
분리기와 연소실의 하부를 연결하는 귀환 도관(22)의 2 대향벽을 이루는데 연소실의 후벽(2)과 평행벽(15) 이 이용된다.
연소실의 천장(17)을 형성하는 벽의 상부, 가스 입구 도관의 내벽(19) 및 벽(15)의 상부는 분리기의 와류실(23)을 형성하고, 이 분리기에는 가스 입구 도관(18)이 접선 방향으로 연결된다. 고체의 귀환 덕트(22)는 연소실의 하부로 연결된다. 와류실의 벽(19)에는 와류실로부터 가스가 배출되는 도관(25)들이 연결되는 구멍(24)이 형성되어 있다. 도관(25)들은 가스 입구 도관(18)을 통과하여 연소실의 옆에 있는 대류부의 상부와 연결된다. 이 도관들은 와류실의 내부로 연장되고 와류실의 내부에 있는 그의 구멍(26)들은 와류실의 중심을 향한다. 이 도관들은 연소실로부터 나오는 가스의 유동 방향과 거의 직각으로 가스 입구 도관내에 설치되고 그 단면은 제 3도에 도시된 바와 같이 유동 저항이 작도록 공기 역학적으로 설계된다.
연소실로부터 나오는 고체 함유 배기 가스는 접선 방향 가스 입구 도관(18)을 통하여 분리기의 와류실(23)로 도입된다. 와류실의 외주에 집중된 고체 입자들은 와류실의 하부로 흐르고 귀환 도관(22)를 통하여 연소실로 되돌아 간다. 정화된 가스는 벽(19)의 구멍(24)에 연결된 도관(25)들에 의하여 와류실로부터 배출되어 대류부(10)로 도입된다.
침식을 방지하기 위하여 분리기와 도관(25)을 이루는 튜브 벽은 내화 및 내식성 코팅(예 : 모르타르)으로 라이닝된다.
나머지 부분은 제1,2도와 유사하기 때문에 상부만 나타낸 제4도의 실시예에서는 와류실(123)로부터 대류부(110)로 가스를 배출시키는 도관(125)들이 벽(119, 120)사이의 가스 입구 도관(118)의 수축되는 입구부(121)를 통과하도록 배치되어 있다. 와류실의 벽(119)에 형성된 구멍(124)에 연결된 이 관들은 수평 방향과 각(α)을 가지고 배치된다. 이 관들은 가스 입구 도관내의 비교적 단면적이 크고 이로 인하여 유동 속도가 느린 곳에 배치되고, 이곳은 고체 함유 가스가 와류실로 유입되는 곳으로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 와류실의 유동 상태에 미치는 영향이 작다.
도관(125)들의 단면은 사각형이다. 각 도관(125)의 와류실 단부에는 도관의 단부에서 구멍(126)을 가진 관(128)이 구비되어 있다. 관(128)의 단부에 있는 구멍(129)들은 와류실의 단벽(130)을 향하고 있다. 각도(α)는10-60°가 적절하며 45°인 것이 바람직하다.
본 발명은 수진 연소실, 연소실에서 배출되는 배기 가스로부터 고체를 분리시키는 수단, 주로 수평으로 설치된 와류실, 와류실로 가스를 도입시키는 도관, 와류실로부터 정화된 가스를 배출시키는 도관, 와류실에 연결되어 고체를 반응기로 되도입시키는 도관이 포함되는 순환 유동상 반응기에 관한 것이다.
본 발명은 첨부 도면을 참조한 다음의 설명에 보다 상세히 기재되어 있는데,
제1도는 본 발명에 의한 1실시예의 수직 단면도.
제2도는 제 1도의 A-A선 단면도.
제3도는 제 1도의 B-B선 단면도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 부분 수직 단면도.
제5도는 제 4도의 C-C선 단면도이다.
본 발명은 상기 실시예들로만 한정되지 않으며 청구 범위로 한정되는 본 발명의 개념 내에서 수정될 수 있다. 본 발명은 예를들면 연소실이 냉각되지 않는 반응기에도 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 수직 연소실(5), 연소실에서 배출되는 배기 가스로부터 고체를 분리시키는 사이클론 분리기(9, 109), 주로 수평으로 설치된 와류실(23, 123), 와류실로 가스를 도입시키는 도관(18, 118), 와류실로부터 정화된 가스를 배출시키는 도관(25, 125) 및 와류실에 연결되어 고체를 반응기로 되도입시키는 도관(22)을 가진 순환 유동상 반응기에 있어서, 와류실(23, 123)로부터 정화된 가스를 유도하는 도관(들) (25, 125)이 와류실의 벽에 형성된 구멍(들) (24, 124)과 연결되어 와류실 내로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 가스 배출 도관(들) (25, 125)이 가스 입구 도관(18, 118)을 통과하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 배출 도관(들) (125)은 가스 입구 도관(118)의 수축 입구부(121)를 통과하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
  4. 제3항에 있어서, 가스 배출 도관(들)은 수평 방향에 대하여 15 내지 60°의 각도를 이루는 것을 특징로 하는 순환 유동상 반응기.
  5. 제3항에 있어서, 가스 배출 도관(들)의 구멍(26)이 와류실(23)의 중심을 향하는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
  6. 제3항에 있어서, 가스 배출 도관(들)의 구멍(129)이 와류실(23)의 단벽(130)을 향하는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
  7. 제3항에 있어서, 가스 배출 도관(들)(25, 125)이 공급 가스의 유동 방향에 대하여 거의 직각으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
  8. 제3항에 있어서, 가스 배출 도관(들) (25)이 공기역학적 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
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