KR950007013B1 - 내부순환형 유동층 보일러와 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

내부순환형 유동층 보일러와 그의 제어방법

[도면의 간단한 설명]

제1도 및 제2도는 종래의 순환형 유동층 소각로를 설명하는 단면도이다.

제3도는 본 발명의 원리를 설명하는 개략도이다.

제4도는 본 발명에 따른 구성을 개략적으로 설명하는 내부순환형 유동층 보일러의 단면도이다.

제5도는 주유동층 소각실에서 경사격벽의 아래에 있는 부분에서 유동화를 위한 공기량(Gmf)과 순환된 유동매체의 양 사이의 관계를 도시한 그래프이다.

제6도는 열에너지 회수실에서 하향이동층의 하강율과 열에너지 회수실에서 확산공기량(Gmf) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

제7도는 종래의 기포형 보일러에서 전체적인 열전도 게수와 유동화를 위한 질량흐름(Gmf) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

제8도는 본 발명에 따른 내부순환형 유동층 보일러에서 전체적인 열전도 계수와 열에너지 회수실에서 확산질량흐름(Gmf) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

제9도는 열전도도관의 마멸율과 유동화를 위한 질량흐름 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

제10도 및 11도는 증기유량의 계단식 변화에 응하여 열에너지 회수실을 위한 유동질량 흐름의 조절로 또 조절없이 시간경과에 관하여 연료공급량, 증기압력 그리고 유동층 온도에서의 변화도이다.

제12도는 증기유량의 덩어리 같은 변화에 응하여 시간경과에 관한 유사한 변화도이다.

제13도 및 14도는 본 발명에 따른 내부순환형 유동층 보일러의 다른 실시예를 설명하는 단면도이다.

제15도는 특히 소형 보일러로서 사용되도록 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 내부순환형 유동층 보일러의 측단면도이다.

제16도는 제15도의 도시된 실시예의 도면에서 화살표 A-A로 도시된 선에서 평면도로 절취한 단면도로써 특히 순환적인 패키지형 보일러에서 사용되도록 된 내부순환형 유동층 보일러의 평면도에서 단면을 설명하는 도면이다.

제17-19도는 수평방향에서 경사격벽의 돌출길이(1)와 소각로 저부의 수평길이(L) 사이의 관계로 주유동층 소각실에서 유동패턴을 설명하는 도면이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 소위 순환형 유동층을 이동하므로써 석탄, 무연탄, 석탄선광 슬러지, 패트로 코우크스, 나무껍질, 버개스, 산업폐기물, 도시폐기물 그외의 가연물들을 소각할 뿐만 아니라 유동층으로부터 열에너지를 회수하기 위한 장치에 관한 것이고, 유동층의 주소각실에서 온도를 일정하게 유지하고 회수된 열에너지의 양을 조절하기 위하여 공급될 연료의 양과 에너지 회수실로 주입될 확산기체의 양을 제어하는 방법에 관한 것이다.

[종래기술]

종전에는 순환유동층 소각로로써 일본국 특허공보 제76-46988호 및 제68-5242호에 기재된 것과 같은 것이 알려져 있었다.

상기 언급된 순환형 유동층 수각로의 한 예가 제1도를 참고하여 설명된다.

확산판(2)은 유동매체의 유동호를 일으키기 위하여 소각로(1)의 노저부에 제공된다. 확산판(2)은 폐기물 공급장치(3)를 구비한 벽면의 맞은편에 있는 면보다 더 높도록 경사지고, 맞은편의 저부가 불연성의 배출구(4)와 연결되어 있다.

송풍기(8)로부터 공급된 유동공기는 유동매체를 유동시키기 위해 공기실(5), (6), (7)을 통하여 확산판(2)으로부터 상측으로 보내진다.

각 공기실로부터 위로 보내지는 유동공기의 질량흐름은 유동층을 만들기에 충분하도록 배열되고, 공기실(7)로부터 위로 보내진 흐름이 가장 크고 공기실(5)로부터 보내진 흐름이 가장 작게 된다.

예를 들면 질량흐름이 다음의 영역으로부터 선택된다. 즉 공기실(7)로부터 위로 보내진 흐름이 4-20Gmf 영역 바람직하게 6-12Gmf의 영역에 있고, 공기실(6)로부터의 흐름이 3-10Gmf의 영역 바람직하게 4-6Gmf의 영역에 있으며, 공기실(5)로부터의 흐름이 1-4Gmf의 영역 바람직하게 1-2.5Gmf의 영역에 있다. ㄹㅇㅎㄹㅇ

1Gmf는 유동화가 시작되는 질량흐름치이다.

유동매체의 상태는 고정층으로 언급되는 고정상태에서 유동층으로 언급되는 동적상태로 두상태 사이의 한계로서 상기 값을 가지고 변환된다.

제1도에 도시된 예가 세개의 공기실을 나타내고 있지만, 그 갯수는 선택적이고 예를 들면 두개나 또는 네개 이상으로 될 수 있으며, 유동공기의 질량흐름은 배출구(4)의 가까이에서 공기실에 대해 크도록 또 배출구로부터 먼 공기실에 대해 작도록 조정된다.

공기실(7), (6)의 바로 위에 경사벽(9)은 가연물 공급장치(3)를 향하여 공기를 편향시키도록 상측으로 흐르는 유동공기의 통로를 차단하기 위한 편향벽으로써 작용하도록 제공된다.

경사벽(9)의 상측에서 벽(9)의 경사에 반대되는 경사를 갖는 경사표면(10)은 유동매체가 쌓이지 않도록 제공된다.

불연물이 충전될 가연물에 포함된 경우에 확산판(2)의 경사는 바람직하게 5-15°의 영역에 있고 ; 그러나 불연물의 양이 적을 경우에 경사는 영으로 될 수 있으며, 유동매체가 각 공기실로부터 보내지는 공기유량을 조절하므로써 순환될 수 있기 때문에 판은 수평으로 될 수 있다.

벽(9)의 표면은 평평하거나 볼록하거나 또는 오목하게 될 수 있다. 소각로의 천정(11)에는 연소가스 배기구(12)와, 소각로의 작동에 따라 발생되는 액체 폐기물을 공급하기 위한 공급도관(13)과, 냉각수 공급도관(14) 등이 있다.

소각로(1)의 동작에 대해 유동공기는 송풍기(8)에 의해 소각로에 공급되고, 또 유동공기는 공기실(7), (6), (5)의 순서로 감소하는 질량흐름의 조절된양으로 분사된다.

종래의 유동층에서 유동매체는 유동상태를 만들기 위해 끓는 물과 같이 위아래로 격렬하게 이동한다. 그러나 가연물 공급장치(3)를 구비한 측벽의 가까운 부분에서 유동매체는 격렬하게 위아래로 이동하지 않고 약한 유동화를 겪는 이동층(15)을 형성한다. 이동층의 폭은 각 공기실로부터 분사된 공기의 질량흐름에서의 차이 때문에 상부에서 좁으며 하부에서 펴진다. 즉 이동층의 종단은 공기실(6) 또는 (7)의 위로 연장되고, 이에 따라 유동매체는 이동되도록 공기실들로부터의 큰 질량흐름에 의해 상측으로 보내지며, 이에 의해 공기실(5)의 위에 있는 이동층(15)의 일부가 중력으로 내려오게 된다. 이동층의 이런 하향이동으로 유동매체는 이동층(15)의 상부를 향하여 순환흐름(16)을 수반하는 유동된 층으로부터 보충되고, 상기의 반복으로 전체적으로 순환하는 유동된 층이 형성된다.

공기실(6), (7)의 위로 이동된 유동매체는 가연물 공급장치를 갖는 측벽을 향하여 편향되어 선회되게 하는 경사벽(9)에 대항하여 상측으로 보내지고, 이동층(15)의 상부에 도달한 후 점차로 내려오게 되며, 종단에 도달한 후 순환하도록 다시 보내진다.

상기 설명된 상태하에서 소각로(1)에서 공급장치(3)로부터 이동층(15)의 상부로 공급된 가연물은 내려가는 이동층(15)내로 포함되어 하측으로 이동한다.

종래의 유동된 층에서 중량이 가볍고 발열에너지가 큰 종이와 같은 가연물들은 유동매체를 가열하는데에 크게 기여함이 없이 유동된 층의 표면상에서 단지 소각되고 ; 그러나 그런 소모는 순환형 유동층에서 방지되며, 그런 가연물은 하강되는 이동층(15)과 순환하는 유동층(16)내에서 확실하게 소각되고, 이에 의해 그런 가연물들이 유동매체를 효과적으로 가열할 수 있게 된다.

가연물과 함께 충전된 불연물들은 먼저 하강하는 이동층(15)내에서 하강하고 이에 의해 축방향으로 이동하며, 이 이동중에 불연물에 부착되거나 혼합된 가연물(예를 들면 전선에 코팅)이 소각된다. 종단에 도달하는 불연물들은 공기 확산판(2)의 경사와 유동매체의 측면이동으로 불연물 배출구(4)로 인도되고, 수직통로(17)와 불연물 배출 컨베이어(18)를 통하여 지나며, 진동체(19)로 유동매체의 분류 후 외측으로 배출된다.

분류된 유동매체 또는 새로운 유동매체는 엘리베이터와 같은 운반수단(20)에 의해 소각로(1)에 공급된다.

다음에 종래의 순환유동층형 소각로의 다른 예가 제2도를 참조하여 설명된다.

제2도에 도시된 바와 같이 소각로의 내측저부에 유동공기를 위한 확산판(22)이 제공된다. 공기확산판(22)의 맞은편 모서리부는 중심부보다 낮도록 조정되며, 확산판은 소각로의 중심선(42)을 중심으로 대략 대칭적인 섹션에서 히일(세브론형상)의 구성을 나타내도록 형성되고, 불연물 배출구(24)는 각 맞은편 모서리부에 연결된다.

송풍기(28)로부터 공급된 유동공기는 공기실(25), (26), (27)을 통하여 공기확산판(22)으로부터 상측으로 분사된다. 맞은편 모서리부에서 각 공기실(25), (27)로부터 분사된 유동공기의 질량흐름은 유동층을 형성하도록 충분히 크고, 그러나 중심공기실(26)로부터 분사된 질량흐름은 공기실(25), (27)로부터의 흐름보다 더 작다.

예를 들면, 공기실(25), (27)로부터 분사된 유동공기를 위한 질량흐름은 4-20Gmf의 영역 바람직하게 61-12Gmf의 영역에 선정되고, 반면에 공기실(26)로부터 분사된 유동공기를 위한 질량흐름은 0.5-3Gmf의 영역 바람직하게 1-2.5Gmf의 영역에 있도록 선정된다.

공기실의 갯수는 세개 이상으로서 선택적으로 결정된다. 그 갯수가 세개 이상인 경우에 유동공기의 질량흐름은 중심부에 가까운 공기실에서 작고 맞은편 모서리부에 가까운 공기실에서 크도록 구성된다.

맞은편 모서리부에 공기실(25), (27)의 바로 위에서 경사벽(29)은 편향벽이 소각로의 중심을 향하여 유동공기를 방해하여 편향시키도록 제공된다.

경사벽(29)의 위에 벽(29)의 경사에 반대하는 경사를 갖는 경사표면(30)은 유동매체를 쌓이지 않도록 하기 위해 제공된다.

확산판(22)의 경사는 가연물이 불연물을 동반하는 경우에 5-15°가 바람직하다.

불연물이 가연물내에 포함되지 않은 경우에 경사의 필요가 없다.

경사벽(29)의 표면은 평평하거나 불록하거나 또는 오목하게 될 수 있다.

소각로내의 천정부(31)에서 가연물 공급장치(23)의 출구와 연통하는 가연물 충전구(34)는 중심공기실(26)에 대향하는 관계로 제공되고, 배기가스배출구(32)가 또한 제공된다.

경사벽(29)은 유동공기가 예열되도록 통하여 지나는 금속도관으로 된 벽체로써 구성될 수 있다.

이 소각로의 작동에 대해서는 유동공기가 송풍기(28)로 소각로에 공급되고, 공기실(25), (27)로부터 큰 질량흐름으로 또 공기실(26)로부터 작은 질량흐름으로 분사된다.

종래의 유동층에서 유동매체는 유동상태를 형성하도록 끓는 물과 유사한 방식으로 격렬하게 위아래로 이동하고 ; 그러나 제2도의 경우에서 공기실(26)의 위에 있는 유동매체는 이 격렬한 상하이동을 만들지 않고 약한 유동화의 상태로 이동층을 형성한다. 이 이동층의 폭은 상부에서 좁으며 유동층의 부분을 향하는 대향방향에 있는 종단에서 측면으로 퍼지고, 공기실(25), (27)의 위에 도달하는 이동층의 일부가 상측으로 보내지며 역서 유동매체가 큰 질량흐름에서 유동공기의 분사를 겪는다. 따라서 종단에 있는 유동매체의 일부는 상측으로 이동되어서 공기실(26)의 바로 위에 있는 층이 중력으로 하강한다. 이 이동층의 위에서 유동매체는 이하에서 설명되는 바와 같이 순화흐름(36)을 수반하는 유동층으로부터 보충된다. 상기의 반복으로 공기실(26)의 위에 있는 유동매체의 일부는 점차로 하강하여 퍼지는 이동층(35)을 형성하기 위한 질량으로 된다.

공기실(25), (27)의 위로 이동된 유동매체는 경사벽(29)에 대항하여 상측으로 보내지고,여기서 유동매체가 상측방향에서 소각로의 중심을 향하여 편향되고 선회하게 된다. 그러나 소각로의 단면영역의 갑작스런 증가때문에 유동매체는 하강하는 이동층(35)의 상부로 이동하도록 상측으로 이동하는 속도가 감소하고, 점차로 하강하게 되며, 이동층의 종단에 도달하자 마자 순환을 위해 다시 위로 불어 보내진다. 유동매체의 일부는 유동층내에서 흐름(36)이 순환함에 따라 순환한다.

가연물들이 상기 설명된 바와 같이 유동상태하에서 소각로의 가연물 충진구(34)를 통하여 충전될때, 가연물들은 하강하는 이동층(35)의 상부에 떨어진다. 상부의 가까이에 있는 유동매체가 측면들로부터 중심을 향하여 모이는 방향으로 흐르도록 하는 방식으로 행동하기 때문에 가연물들은 흐름에 포함되고 하강하는 이동층(35)의 상부에 삽입된다. 따라서 종이와 같이 가벼운 물질은 하강하는 이동층(35)내에 확실히 포함되고, 유동매체의 가열에 기여함이 없이 종래의 유동층의 표면상에서 단순히 소각되지 않도록 방지된다 ; 그 물질들은 효과적으로 유동매체를 가열하도록 하강하는 이동층(35)과 순환흐름 (36)내에서 확실히 소각된다.

이동층(35)내에서 가연물들의 열분해는 가연성 가스가 발생되도록 부분적으로 작용된다. 그런 경우에 발생된 가연성 가스는 유동매체가 하강하고 확산하여 유동층내에서 연소됨에 따라 수평방향에서 확산되고, 가스의 연소로 나오는 발열에너지는 유동매체를 가열하는데에 효과적으로 된다.

병과 금속덩어리와 같이 무겁고 부피가 큰 물질이 하강하는 이동층(35)의 표면상에 충전된다고 할지라도 이것들은 공기실(26)의 상부로 동시에 떨어지게 되는 것이 아니라 이동층(35)에 의하여 뜨게되고 유동매체의 흐름과 함께 불연물배출구(24)를 향하여 점차로 낮아진다.

따라서 비교적 큰 크기인 가연물들은 점진적인 하향이동중에 하강하는 이동층(35)내에서 건조되고 기화되거나 소각되며, 이동층의 종단에 도달시까지 거의 소각되어 작은 크기로 되어서 유동층의 형성을 방해하지 않는다.

그러므로 분쇄기로 가연물들을 미리 분쇄할 필요가 없고, 가연물 공급장치(23)에 의하여 가연물을 싸는 백을 부수기에 충분하다.

따라서 분쇄기 또는 분쇄단계는 설비의 소형화를 위하여 생략될 수 있다.

하강하는 이동층(35)으로 충전된 가연물들은 유동매체에서 급속히 확산하고, 이에 따라 소각효율이 증가된다.

가연물 공급장치(23)를 통하여 공급된 중간크기의 가연물들은 먼저 하강하는 이동층(35)내에서 하측으로 또 측면으로 이동하고, 이런 이동중에 불연물에 단일적으로 부착하거나 포함된 가연물(예를 들면 전선상의 코팅)이 소각된다. 종단에 도달하는 불연물들은 확산판(22)의 경사와 유동매체의 측면이동 때문에 불연물배출구(24)로 인도되고, 수직통로(37)를 통하여 배출된다.

그 다음에 불연물들은 컨베이어(38)에 의해 체(도시하지 않음)로 인도되고, 유동매체가 분류된다.

상기 제1도 및 2도에 도시된 순환형 유동층 소각로에서 유동매체는 보통 1정도의 크기인 고체입자로 구성되고, 소각로는 600-800의 유동매체 온도에서 작동되며, 배기가스온도는 750-950이다.

배기가스는 가스냉각실 또는 공기예열기에 의해 약 300로 냉각되고, 미립자의 제거후 또는 폐기열에너지를 이용하기 위해 배기가스배출구의 하류에 있는 보일러로 열에너지의 회수후 또는 여유부(21)이나 (41)등에 삽입된 온수기의 U형 도관을 통하여 지나서 열에너지를 보다 많이 회수한 후 굴뚝을 통하여 배출되거나 또는 먼지의 제거로 냉각된다.

가연물의 발열에너지가 높고 유동매체가 소정의 온도이상 예를 들면 800℃ 이상으로 가열되는 경우에 알칼리성 금속혼합물이 가연물에 포함된다면 유동층이 비작동으로 될 정도로 유동매체가 소결될 가능성이 있다. 이런 경우에 물을 매체에 뿌리므로써 유동매체의 온도를 소정의 온도로 낮추는 것이 실제적이었다.

이런 경우에 열전도도관을 유동매체에 삽입하므로써 유동매체에 있는 열에너지를 회수하는 것에 대한 고려가 있었다 ; 그러나 많은 열전도도관이 유동층에 삽입된다면 불연물에 의해 유동화가 차단되고 유동매체에 의해 전도도관의 마멸이 있을뿐만 아니라 열에너지 회수가 불필요하다고 할지라도 열에너지 회수작동이 열전도도관을 보호하여야 한다는 많은 문제점이 있었다. 따라서 작동이 이런 결점을 감수하였다.

한편 종래의 유동층형 보일러에 관하여 아래에 기재된 바와 같이 유동층으로부터 흩뜨려지는 미세한 미연소의 가연물들의 소각과 열전도부의 구성에 대해 고려하므로써 서로 구별될 수 있는 세 종류가 있다.

(1) 비순환형 유동층 보일러(종래의 유동층 보일러 또는 기포형 보일러로서 언급됨).

(2) 순환형 유동층 보일러.

비순환형에서 열전도도관은 유동층내에 구성되고, 열전달은 유동매체와 고온에서 도관과 연소연료 사이의 물리적인 접촉에 의하여 높은 열전달 효율하에서 실행된다. 재순환형에서 재 또는 유동매체(재순환하는 고체)뿐만 아니라 아직 연소되지 않은 미세한 가연물의 일부는 연소가스의 흐름으로 합체되고, 미연소된 물질의 소각이 계속되는 연소기에 독립적으로 제공된 열전달부를 향하며, 이 열전달후에 고체는 연소가스의 일부와 함께 연소기로 복귀되고, 이 종류의 보일러 명칭은 상기 언급된 순환종류 때문에 제공된다.

(3) 내부 순환형 유동층 보일러.

내부순환형 유동층 보일러에서, 유동매체의 순환을 돕기 위해 화로의 벽으로부터 설계된 경사진 구조와 화로벽 사이의 비유동 열에너지 회수실로 제공된 유동층 소각로는 영국 특허 1601314에 밝혀졌다. 그러나, 이 명세서에 밝혀진 유동층 소각로에서 열에너지 회수실에서 유동층 소각실로의 유동매체의 이동 움직임은, 열에너지 회수실의 저부에서 피이드 스크류 독립적으로 또는 열에너지 회수실의 저부에 배치된 연료공급실로부터 공급된 연료와의 혼합으로 실행된다.

유동층형 보일러에서 다른 특성을 갖는 여러 연료가 특정한 소각과정에 따라 소각될 수 있지만 여러 결점이 최근에 인지되었다. 기포형에 관하여 부하용량, 연료공급시스템의 복잡성, 탈질을 위한 대량의 석회의 필요성 그리고 열전도도관의 마멸 등이 본래의 결점으로써 인식되었고, 재순환형이 이들 본래의 결점을 해결할 수 있다는 것이 인정되었다 ; 그러나 연소기와 사이클론을 포함하는 순환시스템에서 적절한 온도를 유지하는 것과 장치의 스케일링-업하는 것과 저온시등에 장시간을 필요로 하는 문제점을 해결하는 것에 대하여 달성되어야 할 많은 기술적 여지가 남아있다.

본 출원의 발명자는 적절한 해결책을 찾기 위하여 상기 문제점을 조사하였고 다음과 같은 것이 효과적이라는 것을 알아냈다. 즉, 순환유동층형 소각로에서 경사격벽은 유동층의 주소각실을 형성하기 위해 경사벽의 대신에 확산판의 단부상에 또 소각로의 벽내측에 제공되고, 열에너지 회수실 설비는 소각로벽과 경사격벽의 후방사이에 또는 두개의 경사각벽(제14도 참조)의 배면측 사이에 만들어져서 회수실이 상부와 하부에서 유동층의 주조각실과 연통하며, 가열매체를 지나게 하는 열도도관은 열에너지 회수실로 삽입되고, 열에너지 회수실을 위한 확산체는 격벽의 후방을 따라 회수실의 하부에 제공된다. 경사격벽의 상부를 지나 열에너지 회수실로 도입되는 가열된 유동매체는 유동매체의 하강하는 이동층 또는 고정층을 형성하기 위해 -0-3Gmf 바람직하게는 0-2Gmf의 양으로 조절되고 확산체로부터 보내진 유동가스를 받아서 유동매체의 열에너지가 열전도도관을 통하여 지나는 가열매체로 회수된다. 발명자는 상기 언급된 구성에 의하여 열전도도관의 마멸정도가 작은 유동구역에서 열전도도관으로 열에너지를 효과적으로 회수하는 동시에 상기 언급된 소각로에서 유동층의 주소각실의 온도를 쉽게 제어할 수 있다는 것을 알아냈다.

더우기 발명자는 경사격벽을 수반하는 열에너지 회수실을 구비한 순환유동층형 소각로와 열에너지를 회수하고 연료공급율을 제어하기 위한 방법을 연구하여 개발하였고, 수평에 대하여 10-60°또는 바람직하게는 25-45°로 되도록 경사격벽의 경사와 소각로의 저부의 수평길이의 1/6-1/2 또는 바람직하게 1/4-1/2로 되도록 소각로의 저부상에서 수평방향에 있는 경사격벽 돌출길이를 구성하므로써 열에너지 회수실에서 필요한 가열된 유동매체의 충분한 양을 도입하고 주실에서 가열된 유동매체를 이용하는 효과적인 순환유동층을 형성하는 것이 가능하다는 것을 알아냈다. 또한 발명자는 예를 들면 유량, 증기의 압력과 온도, 온수 등의 온도를 조절하여서 열전도도관을 통하여 지나는 가열매체의 열칼로리의 조절에 의해 열에너지 회수실로부터 회수된 열에너지량을 제어하므로써 또한 동시에 주실의 온도에 입각하여 또는 사용자의 요구에 응하여 결정되는 것으로 예를 들면 공급된 연료량의 조절과 증기압력 및 온도에 관한 것을 사용자의 요구의 변화에 응하여 열에너지 회수실에 있는 유동매체의 하강량을 제어하기 위해 확산체로부터 보내지는 공기량을 조절하므로써 주실에서 온도변화를 작은 영역내로 한정할 뿐만 아니라 회수된 열에너지를 이용하는 사용자로부터의 요구에 충분히 부응하는 것이 가능하다는 것을 알아냈다.

즉 본 발명은 내부순환형 유동층 보일러와 이것의 제어방법에 관한 것이다.

(1) 내부순환형 유동층 보일러는, 적어도 다른 측에서 보다 한측에서 더 큰 질량흐름하에서 유동공기를 상측으로 분사하도록 되어 있고 소각로의 저부에 있는 공기확산판 ; 유동공기의 상측흐름을 방해하도록 질량흐름이 더 큰 상기 확산판상에 제공되고 이에 의해 질량흐름이 더 작은 확산판의 다른 측상에 있는 부분을 향하여 공기를 편향시키는 경사격벽으로 구성된 주유동층 소각실과 ; 소각로의 측벽과 경사격벽 사이에 또는 두개의 경사격벽 사이에 형성된 열에너지 회수실과 ; 흡열유체의 통로를 위해 상기 열에너지 회수실내에 제공된 열교환 표면수단과 ; 상기 경사격벽의 후방과 상기 열에너지 회수실의 저부에 제공된 공기확산체로 이루어지고 ; 상기 열에너지 회수실이 상부 및 하부에서 상기 주유동층 소각실과 연통하며, 상기 경사격벽이 수평에 대해 10°-60°만큼 경사지고, 수평방향에서 돌출길이가 소각로 저부의 수평길이의 1/6-1/2로 되며, 이동층이 상기 확산판의 부분상에 형성되고 여기서 분사된 질량흐름이 더 작아서 유동매체가 이동층 내에서 하강되어 확산되며, 순환유동층이 확산판의 부분상에 형성되고 여기서 유동공기의 질량흐름이 더 커서 유동매체가 상기 이동층상에 위치를 향하여 적극적으로 유동되어 순환되며, 유동매체의 일부가 상기 경사격벽의 상부를 지나 열에너지 회수실로 도입되고, 상기 순환유동층과 이동층의 형성이 순환을 위해 이동층의 상태에서 하강하도록 상기 회수실내에 있는 유동매체를 야기하는 상기 열에너지 회수실에서 상기 확산체로부터 분사된 유동공기의 조절과 또 상기 확산판으로부터 상측으로 분사된 유동공기의 조절과 또 상기 확산판으로부터 상측으로 분사된 공기량의 조절에 의하여 실행되게 한다 ; 그리고 (2) 내부순환형 유동층 보일러를 제어하는 방법은, 적어도 다른 측에서 보다 한측에서 더 큰 질량흐름하에서 유동공기를 상측으로 분사하도록 되어 있고 소각로의 저부에 있는 공기확산판 ; 유동 공기의 상측 흐름을 방해하도록 질량흐름이 더 큰 상기 확산판상에 제공되고 이에 의해 질량흐름이 더 작은 확산판의 다른 측상에 있는 부분을 향하여 공기를 편향시키는 경사격벽으로 구성된 주유도층 소각실과 ; 소각로의 측벽과 경사격벽 사이에 또는 두개의 경사격벽의 후방 사이에 형성된 열에너지 회수실과 ; 흡열유체의 통로를 위해 상기 열에너지 회수실내에 제공된 열교환 표면수단과 ; 상기 경사격벽의 후방과 상기 열에너지 회수실의 저부에 제공된 공기확산체로 이루어지고 ; 상기 열에너지 회수실이 상부 및 하부에서 상기 주유동층 소각실과 연통하여 구성되며 ; 상기 방법은 이동층이 분사된 질량흐름이 더 작은 상기 확산판의 부분상에 이동층내에서 하강하여 확산하는 유동매체로 형성되도록 상기 확산판으로부터 분사된 공기량이 조절되고, 순환유동층이 유동공기의 질량흐름이 더 큰 확산판의 부분상에 상기 이동층위에 위치를 향하여 적극적으로 유동되며 순환되는 유동매체와 상기 경사격벽의 상부를 지나 상기 열에너지 회수실로 도입되는 일부의 유동매체로 형성되며, 유동공기가 이동층의 상부에서 하강하고 순환되도록 상기 회수실내에서 유동매체를 야기하기 위하여 상기 회수실에 있는 확산체로부터 분사되고, 상기 열에너지 회수실에 의해 회수되는 열에너지의 양이 발생된 증기와 온소를 이용하는 사용자측으로부터의 요구에 입각하여 상기 회수실에 있는 확산체로부터 분사된 가스의 양의 조절에 의해 제어되며, 주유동층 소각실에 공급된 연료량이 상기 주유동층 소각실의 온도에 입각하여 제어되는 것을 특징으로 한다.

이하에서 본 발명이 첨부도면을 참고하여 자세히 설명된다.

제3도에서 확산판(52)은 유동공기공급도관(53)을 통하여 송풍기(57)에 의해 공급된 유동공기를 도입하기 위한 소각로(51)의 저부에 제공되고, 소각로의 중심선을 중심으로 대략 대칭인 일(세브론 형상)의 형상으로 배치되어서 대향단부들이 중심부보다 더 낮다. 송풍기(57)로부터 공급된 유동공기는 공기실(54), (55), (56)을 통하여 공기확산판(52)으로부터 상측으로 분사되도록 되어 있고, 대향단부의 공기실(54), (56)로부터 분사된 유동공기의 질량흐름은 소각로(51)내에서 유동매체의 유동층을 형성하기에 충분하도록 되어 있고, 반면에 중심공기실(55)로부터 분사된 유동공기의 질량흐름은 종래 기술의 예와 관련하여 상기에서 설명된 바와 같이 전자로부터의 것보다 더 작도록 선정된다.

경사격벽(58)은 소각로의 중심을 향하여 공기를 편향시키기 위해 또 유동공기의 상향통로를 방해하기 위해 설계된 편향벽수단으로서 대향단부의 공기실(54), (56)상에 제공되며, 도시된 화살표방향으로 순환흐름은 경사격벽(58)의 존재와 분사된 유동공기의 질량흐름에서의 차이때문에 발생된다. 한편 열에너지 회수실(59)은 소각로의 측벽과 경사격벽(59)의 후방표면 사이에 형성되어서 유동매체의 일부가 경사격벽(58)의 상부단부를 지나 열에너지 회수실(59)로 작동중에 도입될 수 있다.

본 발명에서 경사격벽의 경사부는 수평에 관하여 10-60°또는 바람직하게 25-45°만큼 경사되도록 구성되고, 소각로 저부에 관하여 수평방향에서 돌출길이(1)는 소각로 저부의 수평길이(L)의 1/6-1/2 또는 바람직하게 1/4-1/2로 되도록 구성된다.

경사격벽의 수평방향에서 돌출길이와 수평에 관한 경사의 각도는 열에너지 회수실로 도입된 그레인의 양과 주유동층 소각실에서 유동매체의 유동상태에 영향을 미치는 인자이다. 부수적으로 유동매체의 흐름모드와 “L” 및 “I”의 의미는 제17도에 도시된다.

경사부의 경사각도가 수평에 관하여 60°이상이거나 10°이하라면 만족스러운 순환흐름이 생성되지 않고 연료를 소각시키는 조건이 악화된다. 이 각도는 바람직하게 25°와 45°사이의 영역에 있고, 대략 35에서 셋트된다면 특히 바람직하다.

소각로 저부에 대하여 수평방향에서 경사격벽의 돌출길이(1)가 제18도에 도시된 바와 같이 소각로 저부길이(L)의 1/2 이상인 경우에 경사격벽으로부터 편향되고 소각로의 중심에 떨어지게 되는 유동매체의 양은 더 작게되고 이에 의해 소각로 중심으로 충전되는 연료의 하강 및 확산모드 뿐만 아니라 소각로 중심에서 이동층의 형성에 악영향을 미치게 된다.

한편 소각로 저부에 대하여 경사격벽의 돌출길이(1)가 소각로 저부길이(L)의 1/6 이하로 제19도에 도시된 것과 같은 경우에 주유동층 소각실에서 순환흐름의 형성 특히 소각로 중심에서 이동층의 형성모드는 악화되고, 또한 여기서 연료를 담고 확산하는 효과가 역으로 악영향을 받으며, 회수실로 유동매체의 편향된 흐름이 불충분하게 된다.

경사격벽(58)의 후방과 열에너지 회수실(59)의 하부에서 열에너지 회수실을 위한 확산체(62)는 공급도관(61)을 통하여 송풍기(60)으로부터의 공기와 같은 가스를 도입하도록 제공된다. 확산체(62)가 배치된 위치에 인접하는 열에너지 회수실(59)에 있는 부분에서 개구(63)가 제공되고, 열에너지 회수실(59)로 도입되는 유동매체는 작동모드에 따라 개구(63)를 통하여 소각부로 형성되고 순환되는 이동층을 연속적으로 또는 간헐적으로 하강하게 된다.

제4도는 제3도의 원리에 입각한 실시예를 도시한다.

순환을 위해 열에너지 회수실에서 유동매체의 하강량은 소각부를 유동공기의 양과 열에너지 회수실을 위한 확산공기의 양에 의하여 조절된다.

즉, 확산판(52)으로부터 분사된 유동공기량 특히 소각부에서 유동화를 일으키도록 된 난부공기실(54), (56)로부터 분사된 유동공기량이 증가된다면 열에너지 회수실로 도입된 유동매체량(G1)은 제5도에 도시된 바와 같이 증가된다. 더우기 제6도에 도시된 바와 같이 변화가 0-1Gmf의 영역에 있을 때 열에너지 회수실에서 하강하는 유동매체량은 열에너지 회수실로 보내진 확산공기량에서의 변화에 대략적으로 비례하여 변화되고, 열에너지 회수실을 위한 확산공기량이 1Gmf를 초과하여 증가된다면 대략적으로 일정하게 된다. 유동매체의 이 일정량은 열에너지 회수실로 도입된 유동매체량(G1)에 거의 동등하고, 이에 따라서 열에너지 회수실에서 하강하는 유동매체량은 G1에 대응하는 값에 동등하게 된다. 회수실과 소각부를 위한 공기량을 제어하므로써 열에너지 회수실(59)에서 유동매체의 하강량은 조절될 수 있다.

0-1Gmf의 영역에 있을 때 고정층에서 유동매체의 하강은 주유동층 소각실과 열에너지 회수실 사이로서 유동매체의 중량차이(유동층의 높이차)에 의한 것이고, 질량흐름이 1Gmf를 넘는 경우에 이동층부의 높이는 다른 것과 거의 동등하거나 약간 더 크게 된다. 유동매체의 순환은 경사격벽에 의해 일어난 유동매체의 충분한 양으로 편향흐름의 도움을 받는다.

이제 유동매체의 순환량(편향흐름)과 유동층의 높이 사이의 관계가 상세히 설명한다.

유동층의 표면이 경사격벽의 상부단부 보다 더 낮은 경우에 경사격벽을 따라 상측으로 이동하는 공기흐름은 그 벽에 의해 방향을 결정하고, 유동매체를 수반하는 유동층으로부터 경사격벽을 따라 분사된다. 분사된 공기흐름은 유동층에서의 상태와 다른 상태로 되고 유동층을 채우는 유동매체가 없으며, 공기흐름 통로의 단면영역이 갑자기 확대되고 이에 의하여 분사된 공기흐름이 확산되며 속도가 완만한 흐름으로 되면서 초당 몇 미터 정도로 감소되고 상측으로 배출된다. 그러므로 분사된 공기흐름을 수반하는 유동매체의 그레인 크기가(대략 1mm정도로) 너무 커서 공기흐름으로 운반될 수 없기 때문에 배기가스와의 마찰과 중력으로 운동에너지가 떨어지게 된다.

유동층의 표면이 경사격벽의 상부단부 보다 더 높은 경우에 격벽에 의해 모아진 유동매체의 일부는 순환형 유동층 소각로에서의 것과 유사한 방식으로 전달된 방향으로 편향하는 격벽을 따라 분사되고, 반면에 기포의 파열로 파생되는 갑작스런 끓는 현상으로 인하여 유동매체의 나머지는 경사격벽의 상부단부의 바로 위에서 꽃불과 같이 상측으로 끓으며, 원주둘레로부터 떨어진다. 따라서 유동매체의 일부는 격벽의 후방을 향하여 즉 열에너지 회수실을 향하여 대량으로 도입된다.

즉 분사된 유동매체의 이동방향은 표면이 경사격벽의 상부단부상에서 더 높게 됨에 따라 수직에 가깝게 된다. 따라서 열에너지 회수실로 도입된 유동매체량은 표면이 경사격벽의 상부단부의 약간 위에 있는 경우에 크게 된다.

주유동층 소각실에서 경사격벽의 아래에 있는 부분에서의 유동공기량과 열에너지 회수실을 통하여 순환된 유동매체량 사이의 관계가 제5도에 도시된다.

예를 들면 상태 L1하에서의 작동중에 유동층의 높이가 마멸된 유동매체의 산재로 인하여 낮아진다면 유동매체의 순환량은 유동층의 것보다 1/10정도의 이하로 갑자기 감소되고, 열에너지 회수가 실행될 수 없다. 따라서 중요한 것은 유동공기량이고, 이것이 4Gmf이상 바람직하게 6Gmf 이상으로 되도록 구성된다면 G1/G0의 값은 1이상으로 유지되며, 순환유동매체의 필요충분량은 유동층의 높이가 변한다고 할지라도 얻어질 수 있다.

더우기 열에너지 회수실의 저부에서 확산체로부터 분사된 공기의 질량흐름을 0-3Gmf 또는 바람직하게 0-2Gmf로 되도록 구성하므로써 또 경사격벽의 아래에 배치된 확산판으로부터 분사된 유동공기의 질량흐름을 4-20Gmf 또는 바람직하게 6-12Gmf로 되도록 구성하므로써 즉 질량흐름을 열에너지 회수실측에서 보다는 소각실측에서 더 크게 되도록 항상 유지하므로써, 열에너지 회수실로부터 주유동층 소각실로 다시 공급되는 유동매체의 양은 충분하게 보장될 수 있다.

열에너지 회수실에 있는 유동층에 대하여 질량흐름이 0-1Gmf인 경우에서의 고정층과 질량흐름이 Gmf 이상인 경우에서의 유동층으로서 이론적인 감각에서 언급하고, 2Gmf의 최소질량흐름이 안정한 유동층을 일으키기에 필요하다는 것은 일반적으로 알려져 있다. 한편 항상 하강하고 이동하는 본 발명에 따른 이동층의 경우에서 질량흐름이 기포현상에 의한 이동층의 파괴를 유발함이 없이 약 1.5-2Gmf의 정도로 증가될 때까지 하강하는 이동층은 만족스럽게 형성된다. 유동매체의 그레인이 진동모드하에서 점차로 하강하여 이동된다고 가정하고, 여기서 유동공기가 이동층의 상부를 향하여 상측으로 일정하게 흐르는 작은 공기기포로 변환된다.

열에너지가 열에너지 회수실에서 하향이동하는 유동매체로 열전달을 실행하므로서 유동매체로부터 회수되도록 증기나 물과 같이 흡열유체가 통하여 지나는 열에너지 회수실(59)과 열전도도관(65)의 내부에 구성된다. 열에너지 회수부에서 열전도 계수는 열에너지 회수실에서 확산공기량 0-2Gmf의 영역에서 변하는 경우에 제8도에 도시된 바와 같이 크게 변한다.

이제 열에너지 회수실에서 이동층의 형성에 의해 일어나는 부하응답 특성과 같은 특성이 설명된다.

전체적인 열전도 계수와 유동화를 위한 질량흐름 사이의 일반적인 관계가 제7도에 도시된다. 0-1Gmf의 영역에서 질량흐름의 값들 사이에서 열전도 계수에서의 증가는 작으며, 질량흐름이 1Gmf 이상으로 될 때 갑자기 증가한다. 상기 현상을 이용하는 유동층 보일러를 낮추기 위한 방법으로서 “윙 패널형”이 DOE보고서, 6021(2), 655-633(1985)에 소개되고, 유동질량흐름의 변화에 응하여 열전도 계수는 무감각(고정층)하거나 또는 너무 민감(유동층)한 것으로 나타난다.

부수적으로 어떤 외국특허명세서를 검토한 바 소각실과 열에너지 회수실이 분리된다는 점에서 어떤 경우는 본 기술에 유사한 것으로 인정되고 ; 그러나 기기에 기재된 모든 간막이들이 수직방향으로 구성되며, 열에너지 회수실에 있는 유동매체는 고정층과 유동층으로 변하도록 된 모드에 있고, 이것은 열에너지 회수가 소량일 때 고정층으로 되며 열에너지 회수가 대량일 때 매체가 하부로부터 상측으로 보내지는 유동층으로 된다. 이것은 간막이가 경사지는 경우에 비하여 수직으로 향하는 간막이로 편향된 흐름을 만드는 것이 어렵기 때문이다. 따라서 유동매체가 두개의 실사이에서 흐르도록 소각실과 열에너지 회수실에서 유동상태(물과 유사함)로 되도록 구성되는 것은 수직으로 향하는 간막이의 경우에 피할 수 없는 것이다.

전체적인 열전도 계수와 유동화를 위한 질량흐름 사이의 관계가 제8도에 도시된다. 제8도에 도시된 바와같이 그것은 거의 선형적으로 변하고, 이에 따라 주유동층 소각실의 온도와 회수된 열에너지량은 선택적으로 제어될 수 있다. 더우기 이런 제어는 열에너지 회수실에서 확산공기량의 조절에 의해 쉽게 간단히 실행될 수 있다.

또한 유동층에 있는 열전도도관의 마멸율이 유동화를 위한 질량흐름의 세제곱함에 비례하고, 이런 관계가 제9도에 도시된다. 따라서 열전도도관에 관한 마멸의 문제점은 열에너지 회수실에 있는 이동층으로 보내진 확산공기량을 0-3Gmf 또는 바람직하게 0-2Gmf로 되도록 구성하므로써 해결될 수 있다.

회수된 열에너지량을 조절하기 위하여 순환하는 유동매체의 양조절은 열전도 계수의 동시조절을 실행하는 동시에 상기 언급된 바와 같이 실행된다. 즉 주유동층 소각실을 위해 공기실(54), (56)에 있는 유동가스량이 일정하게 되고 열에너지 회수실에 있는 확산공기량이 증가된다면 순환하는 유동매체량은 증가되고 열전도 계수는 두 인자의 결합효과로서 회수된 열에너지량을 크게 증가시키도록 동시에 증가된다. 유동층에 있는 유동매체의 온도의 관점으로부터 상기는 유동매체의 온도를 소정의 온도 이상으로 상승되지 않도록 방지하는 효과에 대응한다.

확산가스를 열에너지 회수실(59)로 도입하기 위한 수단으로써 여러 수단이 고려될 수 있지만, 이것은 열에너지 회수실을 효과적으로 이용하기 위해 경사격벽의 후방면(열에너지 회수실을 향하는 면)을 따라 경사지도록 배치된다.

또한 확산체에서 확산공기를 분사하기 위한 개구들은 그들의 위치가 확산체의 선단에 더 가깝게 됨에 따라(층의 높이가 더 작게됨에 따라) 더 작게되어서 확산공기가 선단부에서 대량으로 분사되지 않도록 방지된다.

개구의 각 크기는 대략적으로 일정한 확산량이 2Gmf인 확산공기량을 확산체(62)의 전체길이에 걸쳐 분사되도록 바람직하게 결정된다. 즉 상기가 부합될 때 열에너지 회수실에 있는 모든 열전도 표면에 의해 회수되는 열에너지의 최대량을 얻는 것이 가능하고, 열전도 표면의 마멸율이 전체 표면에 걸쳐 작게 유지될 수 있다.

제4도에서 인용번호 66은 소각로(51)의 상부에 제공된 가연물 충전구이고, 인용번호 67은 열에너지 회수실(59)에 있는 열전도도관(65)으로 순환통로(도시하지 않음)를 형성하기 위한 증기드럼이다. 인용번호 69는 소각로(51)의 저부에서 공기확산판(52)의 대향단부에 연결된 불연물 배출구를 나타내고, 인용번호 70은 다른 것에 반대하는 헬렉스를 각각 구비하는 스크류(71)로 구성된 스크류 컨베이어이다.

부수적으로 가연물 충전구의 위치는 보일러의 상부로 한정되지 않으며, 이것은 석탄등을 충전하기 위한 스프레더(66')로서 보일러의 측면에 위치될 수 있다.

가연물 충전구(66) 또는 (66')를 통하여 충전된 가연물(F)은 유동공기로 야기되는 순환흐름의 영향하에서 순환하는 유동매체에서 순환되어 소각된다. 이때의 공기실(55)상의 상부중심에서 유동매체는 격렬한 상하이동을 수반하지 않고, 약한 유동상태에 있는 하강하는 이동층을 형성한다. 이 이동층의 폭은 상부에서 좁으며, 종단은 대향측단부에서 공기실(54), (56)상에 있는 부분에 도달하도록 대향방향으로 연장되고 이에 따라 공기실들로부터 더 큰 질량흐름에서 분사되고 상측으로 보내지는 유동공기를 받게된다. 따라서 각 종단의 부분은 이동되고, 이에 따라 공기실(55)의 바로 위에 있는 층은 중력으로 하강한다. 이 층의 위에 유동매체는 후술될 바와 같이 유동층으로부터 보충되어 쌓이고, 공기실(55)상에 있는 유동매체는 상기 모드의 반복으로 점차로 또 연속적으로 하강하는 이동층을 형성한다.

공기실(54), (56)상으로 이동된 유동매체는 상측으로 보내져서 소각로(51)의 중심을 이동된 유동매체는 상측으로 보내져서 소각로 (51)의 중심을 향하여 경사격벽(58)에 의해 편향되어 선회되고, 중심 이동층의 상부에 떨어지며 상기 설명된 바와같이 다시 순환되고, 유동매체의 일부는 경사격벽의 상부를 지나 열에너지 회수실(59)로 도입된다. 열에너지 회수실(59)에서 유동매체의 하강율이 느린 경우에 유동매체를 위한 유지각도는 열에너지 회수실의 상부에 형성되고, 과도한 유동매체는 경사격벽의 상부로부터 주유동층 소각실로 떨어진다.

열에너지 회수실(59)로 도입된 유동매체는 확산체(62)로부터 분사된 가스로 인하여 점차적으로 하강하는 이동층을 형성하고, 이것은 열전달이 열전도도관으로 실행된 후 개구(63)로부터 주유동층 소각실로 복귀된다.

열에너지 회수실(59)에서 확산체(62)로부터 도입된 확산공기의 질량흐름은 0-3Gmf 또는 바람직하게 0-2Gmf의 영역에 있는 값으로부터 선정된다.

상기에 대한 이유는 제8도에 도시된 바와 같이 열전도 계수가 2Gmf의 값 이하에서 최소로부터 최대로 변하고, 제9도에 도시된 바와 같이 마멸율이 작은 변위내에서 제어될 수 있다는 것이다.

더우기 열에너지 회수실은 감소하는 기압하에서 주유동층 소각실의 심한 부식구역의 밖에 있고, 따라서 열전도도관(65)은 종래의 것에 비하여 부식이 적게되며, 열전도도관(65)의 마멸정도는 이 부분에서 유동율이 상기 설명한 바와같이 낮기 때문에 아주 작게된다. 유동공기 질량흐름영역 0-2Gmf에서 공기흐름의 속도에 관하여 이것은 800℃에서 예를 들면 0-0.4m/sec(표면속도)정도로 아주 낮으며 동시에 유동매체의 그레인 크기와 온도에 실제로 좌우된다.

가연물이 유동매체의 그레인 크기보다 더 큰 크기를 갖는 불연물과 혼합되는 경우에 소각 잔류물은 소각로의 저부에 배치된 스크류 컨베이어(70)에 의하여 유동매체의 일부와 함께 배출된다.

열에너지 회수실(59)에서 열전도에 관하여 유동매체와 열전도도관(65) 사이에서의 직접 접촉에 인하여 일어나는 열전도에 더하여 전도매체로서 상측으로 이동하는 상승가스를 이용하는 열전도의 다른 형태가 있으며, 가스는 유동매체가 이동함에 따라 불규칙한 진동으로 상승 이동한다. 후자의 경우에 기체와 고체물품 사이에서 평범한 접촉의 열전도와는 대조적으로 열전도를 방해하는 고체물품 사이에서 사실상 경계층이 없고, 유동매체는 잘 동요되어서 유동매체의 그레인내에서 열전도가 무시가능하게 될 수 있으며, 매체가 정지되는 경우에 이 사실은 무시될 수 없고 ; 따라서 아주 사실상 열전도 특성을 얻어질 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 열에너지 회수실에서 종래의 소각 가스보일러에서 얻어지는 것의 거의 열배에 해당하는 큰 열전도 계수를 얻을 수 있다.

상기 설명된 바와 같이 유동매체와 열전도 표면 사이에서 일어나는 열전도 현상은 유동화의 세기 또는 약함에 주로 좌우되고, 순환유동매체량은 확산체(62)로부터 도입된 가스량의 조절에 의해 제어될 수 있다. 또한 소각로내에서 주소각실로부터 독립적으로 되도록 이동층으로 열에너지 회수실(59)을 구성하므로서 감소비가 큰 소형의 열에너지 회수장치를 구성하는 것이 가능하고, 유동층이 쉽게 제어될 수 있다.

대신에 연료로서 석탄이나 페트로코오크와 같은 낮은 소각율을 갖는 가연물을 이용하는 보일러에서 소각율에 단지 대응하여 기화량을 변하게 하는 것을 제외하고 기화량을 급히 변하게 하는 것은 대부분의 경우에 불가능하다. 기포형 보일러에서 열에너지 회수가 유동층의 온도에 입각하여 실행되기 때문에 상태는 전자의 보일러에서의 것에 비하여 더 열등하게 된다.

그러나 본 발명에서 열전도량은 열에너지 회수실에 있는 확산공기량의 변화에 의해 몇개의 분수에서 몇배 사이의 범위에서 동시에 변한다. 따라서 가연물의 공급량에서의 변화에 입각하여 유동층으로 입력된 열에너지에서의 변화는 소각률에 좌우되고 시간지연을 유발하며, 그러나 본 발명에 따른 열에너지 회수실에서 일어나는 열에너지 회수량은 열에너지 회수실에 있는 확산공기량의 변화에 의해 급격하게 변화될 수 있고, 열입력과 열회수 사이의 응답차이는 유동층을 형성하는 유동매체의 흡열감도용량에 인하여 유동매체의 온도에서 일시적인 변화로써 흡수될 수 있다. 따라서 열에너지는 소모없이 이용될 수 있고, 석탄을 소각하는 것과 같은 종래의 보일러로 달성될 수 없는 것으로 좋은 응답특성을 갖는 증기량의 조절이 달성될 수 있다.

부수적으로 불연물 배출구(69)의 위치는 도면에서 예로서 도시된 바와같이 소각로(51)에 있는 공기확산판의 대향측단부와 개구(63)의 가까운 위치에서 바람직하게 결정될 수 있다. 그러나 위치는 상기 설명된 것으로 제한되지 않는다.

제4도에서 공기확산판(52)은 일의 형상을 갖는 것으로 설명된다. 그러나 공기실(54), (56)로부터 분사된 유동공기량이 4Gmf 이상으로 되도록 구성된다면 순환흐름은 경사격벽의 효과로 인하여 주유동층 소각실에서 형성되고, 따라서 공기확산판(52)은 약간의 불연물을 포함하는 석탄과 같은 불연물이 소각되는 경우에 수평으로 될 수 있다. 또한, 불연물 배출구는 생략될 수 있다.

상기 언급된 바와 같이 열에너지를 회수하기 위해 본 발명에 따른 유동층 보일러의 용량은 아주 우수하다. 이제 본 발명에 따른 보일러를 제어하는 방법이 이하에서 설명된다.

본 발명에서 열에너지 회수실로부터 회수되는 열에너지량은 회수된 열에너지를 이용하는 이용자의 요구에 응하여 확산체로부터 열에너지 회수실로 분사된 가스량의 조절에 의해 제어된다. 또한 주유동층 소각실에서 온도의 조절은 증기압력 또는 주유동층 소각실에서 상기 온도에 입각하여 연료충전량을 제어하므로써 실행되고, 본 발명에 따른 보일러에서 열전도 계수는 선택적으로 조절될 수 있으며, 본 발명에서 회수된 열에너지량의 변화는 유동매체의 감열에서의 변화로써 흡수되고 이에 의하여 보일러가 사용자의 요구에 부응하여 동시에 제어될 수 있으며 안정한 상태하에서 조작될 수 있다.

설명은 제14도에 관하여 된다. 예를 들면 열전도도관(65)으로부터 회수된 증기의 온도가 불충분한 경우에 확산공기조절밸브(93)는 분사된 확산공기량을 증가시키기 위해 증기회수도관(90)상에서 열센서(91)로 감지된 온도에 입각하여 밸브(93)를 위한 조정자(92)에 의해 개구방향에서 조절되어서 회수된 열에너지량이 증가되고, 증기온도가 사용자의 요구에 응하여 올라간다.

주유동층 소각실의 온도는 주유동층 소각실로 연료공급량을 조절하고/하거나 열센서(94)로 감지된 유동층 온도에 입각하여 공기실(54), (55), (56)로 공기공급량을 조절하여서 어떤 범위내에서 제어된다.

증기압력이 요구변화에 응하여 대부분 급격하게 변하는 인자이기 때문에 필요한 증기량이 사용자측의 부하변화로 인하여 변하는 경우에 주유동층 소각실로 공급된 연료량이 압력신호로 제어되는 다른 방법이 있다.

응답특성은 제10도 및 11도에 도시되고, 여기서 증기유량이 70% 내지 100%로부터 계단적으로 30%까지 변한다.

제10도는 열에너지 회수실에서 확산체로부터 공기량이 일정하게 유지되고 반면에 증기유량이 30%까지 계단적으로 변할 때 얻어진 시험결과이고, 제11도는 확산공기량이 증기유량에서 30%의 계단적인 변화에 응하여 조절되는 경우에 얻어진 시험결과이다. 두개를 비교할때 유동층 온도와 증기유량이 짧은 시간내에 소정치로 수렴되고, 제10도에 도시된 종래 방법에 대한 결과와 비교하면 확산공기량이 증기유량에서의 변화에 응하여 본 발명에 따라 조절되는 경우(제11도)에 변화범위가 작다는 것을 알 수 있다.

부수적으로 유동층 온도의 변화범위는 대략 ±12℃이고, 증기압력의 변화범위는 조절이 제11도에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 실행되는 경우에 대략 ±0.3Kg/㎠(0.029Mpa)이다.

응답특성은 증기유동이 덩어리적으로 -60%까지 변할 때 제12도에 도시되고, 여기서 열에너지 회수실에서 확산공기량을 본 발명에 따라 상기 변화에 응하여 조절된다. 또한 이 경우에 유동층 온도가 거의 일정하고 증기압력의 변화범위가 작다는 것을 알 수 있다.

다음에 본 발명에 따른 다른 실시예가 제13도에 관하여 설명된다. 제13도에 도시된 실시예는 제1도에 도시된 소각로에 적용되는 경우에 대응하고, 여기서 단일 순환유동층이 존재하며, 제3도에 있는 것과 동일한 인용번호는 동일한 의미와 작용을 한다.

제14도는 대형 보일러가 필요하게 될 때 사용되는 실시예이다. 제14도에 도시된 실시예는 제4도에 도시된 두개의 내부순환형 유동층 보일러를 결합하여서 구성된다.

제4도 및 14도에 도시된 바와 같이 작동은 천정에 제공된 충전구로부터 연료를 충전하므로서 어려움 없이 실행된다. 몇센티미터 이하의 그레인 크기를 갖는 석탄과 같은 고체 연료가 소각되는 경우에 로터리 블레이드에 의하여 연료를 뿌리도록 된 스프레더와 같은 적절한 타입의 장비를 사용하여 유동층의 표면보다 더 높고 또 천정으로부터의 대신에 비교적 낮은 위치로부터 소각부로 연료를 충전하는 것이 바람직하다.

따라서 장치가 석탄과 같은 고체 연료를 소각하기 위해서만 사용되는 경우에 천정에 입구를 제공함이 없이 상기 타입의 스프레더를 단지 제공하는 것이 가능하다. 또한 혼합된 것을 함께 소각하기 위하여 방금 설명된 스프레더로부터 고체 연료를 충전하는 것과 천정으로부터 가연물을 포함한 큰 크기의 물건을 충전하는 것이 가능하다.

상기 언급된 내부순환형 유동층 보일러는 중형 또는 대형의 보일러에 바람직하게 적용되는 종류이다. 작은 패키지 보일러에 대해서 더 소형으로 되는 것이 바람직하고, 따라서 이런 목적으로 설게된 실시예가 제15도에 도시된다. 제15도에 도시된 실시예에서 제4도에서 층내에 도시된 열전도도관(65)이 거의 수직방향으로 되고 열에너지 회수실상에 제공된 배기가스 열전도부로 연장되어서 이 열전도도관군이 상부수실(91)과 하부수실(92)을 단일적으로 연결하기 위한 수단으로써 작용하도록 구성된다.

열에너지 회수실의 둘레에 또 주유동층 소각실의 상부에서 자유보드에 대략적으로 수직의 증발도관을 다수로 구성하므로서 층내에 도관에 있는 것을 포함하는 열전도도관에 있는 유체가 자동적으로 순환되기 때문에 강제순환펌프와 관련 도관과 같은 보조장치의 필요성을 제거할 뿐만 아니라 보일러 몸체를 보강하기 위한 부재로서 이용 가능하다.

더우기 유동층 보일러와 배기가스 보일러는 단일 구조체로서 결합될 수 있어서 내부순환형 유동층 보일러가 소형으로서 경제적으로 이용 가능하게 될 수 있다.

본 발명의 구조 및 작용은 이하에서 더 상세히 설명된다. 주유동층 소각실에서 소각후 발생된 배기가스는 소각실 위에 있는 부분에서 자유보드를 통하여 상측으로 지나고 다음에 군의 상부로부터 원주둘레에 형성된 열전도도관군으로 도입된다. 다음에 열전달을 실행하면서 열전도도관에 대하여 거의 수직하는 방향으로 이동하는 흐름에서 하측으로 이동된다. 이 경우에 관성중력에 인하여 배플관(93)에 의하여 수집된 미연재의 일부는 열에너지 회수실에 있는 이동층을 향하여 떨어지게 되어서 미연재가 이동층에서 긴 체재시간 때문에 완전히 소각되고, 이에 의해 소각효율이 향상된다.

상기 상태는 석탄이 사용될 때 특히 효과적이고, 석탄의 미연탄소는 소각되는데에 장시간이 필요하게 된다. 그러나, 석탄 이외의 다른 연료가 채용되는 경우에 미연재가 널리 퍼지지 않게 되고 미연재를 순환시키기 위한 수단이 필요치 않게 될 수 있다.

연료충전구에 대하여 설명된 바와 같이 상부로부터 충전을 허용하는 타입으로서 구성된다면 주유동층 소각실을 향하여 2차 소각공기를 보내는 것이 바람직하다. 상기 구성에 의하여 2차 공기를 일으키는 공기 커튼효과는 미세한 분말석탄과 같은 미세한 연료입자가 소각배기가스와 함께 퍼지는 것을 방지할 것으로 기대되는 또한 자유보드부에서 효과적인 동요와 혼합작용을 실행할 것으로 기대되어서 2차 공기에 있는 산소와 배기가스에 있는 미연재 사이의 충분한 접촉을 실행하는데에 기여하게 되고, 이에 의해 소각효율이 향상되며 NOx 와 CO 등의 밀도가 낮아진다.

제16도는 제15도에서 화살표 A-A로 도시된 선을 따라 취한 단면도이고, 특히 순환형 보일러의 예를 설명한다. 소형 패키지보일러인 경우에 제16도에 도시된 바와 같이 순환형으로 만들 필요가 있는 것이 아니라, 열전도도관의 구성을 만드는 것이 순환형이라면 쉽게 된다.

부수적으로 제4도, 13도 및 14도 등에서 도시된 실시예에서 구조적인 관점으로부터 사각형상으로 구성되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 효과와 이익은 이하에 나타낸 것으로 요약될 수 있다.

(1) 분할벽의 경사때문에, 열에너지 회수실의 분할벽의 배면에 배치된 확산제(62)로부터 주입된 공기의 양의 조절로, 열에너지 회수실내의 이동층의 상태에서 유동매체의 하강과 순환을 야기하는 동시에 열에너지 회수의 양을 임의로 조절할 수 있도록 유동매체의 순환의 양을 조절할 수 있다.

또한, 열에너지 회수실의 확산제(62)로부터 주입된 공기의 양을 영으로의 조절로 정지된 상태에서 열에너지 회수실내에 유동매체를 두는 것이 가능하다.

(2) 열에너지 회수실과 제1의 유동층 소각쳄버를 구별하는 경계벽은 경사각 분할벽이고, 경사각 분할벽 저부로부터 주입된 유동공기의 질량흐름이 큰 사실때문에, 제1의 유동층 소각실로부터 열에너지 회수실로 받아들여진 유동매체의 양을 크게 할 수 있다.

(3) 열에너지 회수실의 확산제로부터 열에너지 회수실로 주입된 공기의 Gmf에 관하여, 열에너지 회수실의 하측 개구에 근접한 부분에서 제1의 소각실에 주입된 공기의 Gmf가 커서 열에너지 회수실로의 유동매체의 순환양이 충분하게 보장된다. 또한, 열에너지 회수실로부터 확산제 양의 조절로 열에너지 회수실에서 유동매체 순환의 양을 쉽게 조절할 수 있다.

(4) 열에너지 회수실의 확산제가 경사각 분할벽의 배면에 제공되기 때문에, 유동매체의 순환은 충분하게 보장되고 쉽게 조절된다.

(5) 제1의 유동층 소각실이 내부순환형 유동층을 구성하기 때문에, 열에너지 회수후 열에너지 회수실로부터 제1의 유동층 소각실로 받아들여진 유동매체는 제1의 소각실에서 순조롭게 확산되어 그것으로 동시에 가열된다.

(6) 열에너지 회수실내의 유동매체는, 0-2Gmf의 질량흐름 범위에서 공기확산으로 이동층의 상태에서 하강과 순환을 야기하여, 따라서, 제9도에서 명확하듯이, 열전도 표면의 마멸률은 아래에 흡열유체(heat sink fluid)가 흐르는 열전도 표면이 끓어오르는 형 보일러의 유동매체내에서 직접 배치된다.

(7) 열에너지 회수실내에서 열매체의 하강율이 열에너지 회수실에서 확산제의 질량흐름에 관하여 0-2Gmf의 범위에서 조절되기 때문에, 초과 열에너지 전송율은 제8도에 보이듯이 선형으로 변경되어, 열에너지 회수의 조절이 쉽게 된다.

Claims (6)

1. (a) 제1의 유동층과, 공기확산수단과, 상기 확산수단 위에 제공된 경사각 벽과, 상기 확산수단 위로, 즉 최소한 한측이 다른측보다 크게 질량흐름을 제공하는 것을 함유하는 소각로를 포함하는 유동층 보일러에 있어서 ; (b) 열에너지 회수실은 그것을 통하는 유체의 통로를 위한 열교환 표면수단을 포함하고, 상기 열에너지 회수실은 열에너지 회수층과 보조의 확산수단을 포함하고, (c) 상기 경사각 벽은, 상기 제1의 유동층과 상기 열에너지 회수층을 분할하는 경사격벽이고, (d) 유동매체의 부분은 상기 경사격벽의 상부를 거쳐 상기 열에너지 회수실로 받아들여지고, (e) 상기 열에너지 회수실에서 상기 보조확산수단으로부터 주입된 유동량은 상기 회수실내에서 유동매체가 이동층의 상태에서 하강을 야기하고, (f) 상기 경사격벽은 수평방향에서 이것의 돌출기이가 상기 소각로 저부의 수평길이의 1/6-1/2이고, 수평면에 대해 10°-60°로 경사지는 것을 특징으로 하는 보일러.
2. 제1항에 있어서, 상기 경사격벽이 수평면에 대해 25°-45°로 경사진 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
3. 제1항에 있어서, 수평면에 대해 35°로 기울은 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
4. 제1, 2 또는 3항에 있어서, 상기 경사격벽은 수평방향에서 이것의 돌출길이가 상기 소각로 저부의 수평길이의 1/4-1/2인 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
5. (a) 제1의 유동층과 공기확산수단을 포함한 소각로와, (b) 열회수층과 보조확산수단을 가진 열에너지 회수실과, (c) 상기 제1의 유동층과 상기 열회수층이 상부와 하부 종단에서 연통하도록 상기 제1의 유동층과 상기 열회수층을 구분하는 경사격벽과, (d) 그것을 통하는 유체의 통로를 위해 상기 열회수층내에 제공된 열교환 표면수단을 포함하는 유동층 보일러를 제어하는 방법에 있어서 ; 상승층이 상기 경사격벽에 형성되고 하강층이 대향 상기 경사격벽에 형성되어, 상기 상승과 하강층이 순환층을 형성하도록 대향분할벽 지대 아래보다 경사각 분할벽 아래에 높은 질량흐름율로 유동가스를 공급하는 단계와, 순환층에서 유동매체의 일부가 위로 떠올라 상기 열회수실에 도달하도록 하는 질량흐름으로 경사격벽 지대에 상기 확산수단으로 공급된 유동가스를 받아들이는 단계와, 전반적인 열전달율이 열에너지 회수의 양을 조절하기 위해 조절되도록 열회수층에 보조확산수단으로 공급된 가스의 흐름을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 제어방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 열에너지 회수실의 저부에서 상기 보조확산수단으로부터 주입된 가스의 질량흐름이 0-3Gmf의 범위에 있고, 상기 경사격벽의 아래에 있는 상기 확산수단으로부터 주입된 유동가스의 질량흐름이 4-20Gmf의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 제어방법.

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