WO2019004648A1 - 연소실 내벽에 생성되는 슬래그 제거를 위해 별도의 유체 저장부를 포함하는 슬래그 제거 장치 - Google Patents

연소실 내벽에 생성되는 슬래그 제거를 위해 별도의 유체 저장부를 포함하는 슬래그 제거 장치 Download PDF

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WO2019004648A1
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slag
water
steam
nozzle
temperature sensor
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양원
채태영
이용운
최석천
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한국생산기술연구원
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    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to a slag removing apparatus, and more particularly, to a slag removing apparatus including a separate fluid storing section for storing a fluid for removing slag generated in a combustion chamber.
  • the boiler of the coal-fired power plant generates pulverized coal and pulverized solid fuel such as coal, and generates heat by burning it. At this time, a slag may be generated mainly on the upper side of the burner portion located inside the combustion chamber of the boiler (see Fig. 1).
  • Slag is mainly produced by melting coal ash at high temperature and can be produced not only in coal combustion but also in waste incinerator and biomass boiler using solid fuel.
  • US-A-2007-0119351 discloses a boiler system having a plurality of slag detection sensors. Specifically, slag detection at a specific position is predicted through a separate slag detection sensor for slag detection. If slag generation is expected, adjust the A / F (air / fuel) ratio of the burner or the mass flow rate of the air-fuel flow to suppress slag generation.
  • this type of boiler system has limitations in that it can only be countermeasures because it adjusts the A / F ratio or mass flow rate of the burner when slag generation is expected.
  • the A / F ratio of the burner and the mass flow rate of the air-fuel flow are sensitive to the performance characteristics of the boiler and the power generation system, so that the adjustment is very limited.
  • Korean Patent Publication No. 10-1606011 discloses a clinker suppression apparatus using a clinker inhibitor. Specifically, it includes a separate clinker inhibitor supply, a control and a reservoir, and supplies a clinker inhibitor upon combustion to control clinker generation in advance.
  • this kind of clinker suppression device has limitations in that it can only be a post-countermeasure because it adjusts and supplies the clinker inhibitor according to the fuel adjustment such as coal when the clinker generation is expected.
  • it has a disadvantage that it is inefficient because it can not clearly grasp the position where the clinker is generated, and it has a disadvantage that it can not propose a method for effectively removing the clinker already generated.
  • Korean Patent Registration No. 10-1415816 discloses a slagging measuring apparatus and a measuring method provided with a separate slagging panel. Specifically, a slagging panel is installed on the inner wall of the combustion chamber of the boiler, and the viscosity of the slagging flowing on the panel is measured and predicted. When the amount of slagging exceeds the reference value, heating air is supplied to the slagging panel to melt and remove the slag.
  • this type of slagging measuring apparatus requires a separate slagging panel, and separately requires an air supply unit and an air heating unit for supplying heated air to the panel.
  • the heating air must be supplied to the entire slagging panel, resulting in a disadvantage that the removal efficiency is lowered.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1996-121737 discloses a slag removing apparatus having a separate water-cooling panel. Specifically, the cooling water is flowed into the separate water-cooling panel, and when the slag adheres to the water-cooling panel, impact is applied to the water-cooling panel or steam is sprayed onto the surface of the water-cooling panel to remove the slag.
  • this type of slag removing apparatus requires a separate water-cooling panel, and additional additional equipment such as a cooling water supply unit for supplying cooling water, a steam supply unit for spraying the water-cooling panel, and a vibration unit for impacting the water- There is a disadvantage that it is required a lot.
  • additional additional equipment such as a cooling water supply unit for supplying cooling water, a steam supply unit for spraying the water-cooling panel, and a vibration unit for impacting the water-
  • Patent Document 1 U.S. Published Patent Application No. 2007-0119351 (May 31, 2007)
  • Patent Document 2 Korean Patent Registration No. 10-1415816 (Apr. 20, 2014)
  • Patent Document 3 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1996-121737 (May 17, 1996)
  • Patent Document 4 Korean Patent Publication No. 10-1606011 (2016.03.18)
  • the present invention provides a slag removing apparatus (10) installed in a combustion furnace inner wall (1) where a plurality of pipes (20) through which water or steam flows are formed
  • the first storage part 100 includes a first storage part 100 and a second storage part 100.
  • the first storage part 100 is connected to the inflow part 110 through which the water or steam is introduced from the pipeline 20, ); An outlet (120) through which the water or steam flows to the conduit (20);
  • An outflow temperature sensor 122 installed at the outlet 120;
  • a first nozzle 130 through which the water or steam stored in the first storage unit 100 is injected.
  • the first nozzle 130 is connected to the inflow temperature sensor 112 and the outflow temperature sensor 122
  • the water or steam stored in the first storage part 100 is sprayed.
  • Whether or not the slag is generated can be determined by using the difference between the temperatures sensed by the influent temperature sensor 112 and the outflow temperature sensor 122.
  • a plurality of pipelines 20 are connected to one first storage unit 100 so that a plurality of the inflow units 110 or the outflow units 120 are formed, A temperature sensor 112 is installed and the outflow temperature sensor 122 may be installed for each of the outflows 120 formed.
  • the injection angle or injection amount of the water or steam injected from the first nozzle 130 can be adjusted.
  • a water supply unit 140 for supplying the water or steam to the first storage unit 100.
  • a second storage part 200 storing an additive for softening the slag generated in the inner wall 1 of the furnace.
  • the valve 300 further includes a valve 300 disposed on the flow path connecting the first storage unit 100 and the second storage unit 200.
  • the valve 300 may be disposed in the first storage unit 100, The flow of water or steam can be controlled so that the water or steam flows into the second storage part 200.
  • a second nozzle 230 capable of spraying the mixture of the additive mixed with the water or steam introduced from the first storage part 100 and the additive stored in the second storage part 200 .
  • the injection angle or injection amount of the additive mixture injected from the second nozzle 230 can be adjusted.
  • the water or steam injected from the first nozzle 130 and the additive mixture injected from the second nozzle 230 may be injected independently.
  • the present invention it is possible to determine whether or not slag is generated by using the difference between the temperature of water or steam flowing through the inlet pipe and the temperature of water or steam flowing through the outlet pipe.
  • the amount of production can be accurately grasped.
  • the slag generated at various positions can be effectively removed.
  • FIG. 1 is a view showing an inner wall of a combustion furnace according to the prior art.
  • FIG. 2 is a view showing a slag removing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a slag removing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a slag removing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a slag removing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view showing the inner wall of the combustion chamber provided with the slag removing device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing an inner wall of a combustion chamber provided with a slag removing device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view showing an inner wall of a combustion chamber provided with a slag removing device according to a second embodiment of the present invention.
  • a plurality of ducts 20 are formed in the inner wall 1 of the furnace where the slag removing apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention is installed.
  • Water or steam flows into the plurality of channels 20 to partially absorb heat generated in the burner 30, which will be described later, in the combustion furnace.
  • combustion occurs and a flame is generated. Since a general combustion furnace is formed in a cylindrical shape, the flame generated in the burner 30 is injected to the center by combustion.
  • a slag remover 10 according to a first embodiment of the present invention includes a first storage part 100, an inflow part 110, an outflow part 120, and a first nozzle 130 ).
  • the first storage unit 100 is a place where water or steam is stored.
  • the first storage part 100 is installed on the inner side of the combustion chamber inner wall 1 and on the top of the burner 30. Alternatively, the first storage unit 100 may be installed below the burner 30.
  • the first reservoir 100 is fluidly connected to the conduit 20.
  • water or steam flowing into the pipeline 20 may flow into the first storage part 100 or may flow out of the first storage part 100 to the pipeline 20.
  • the first reservoir 100 is fluidly connected with one of the conduits 20.
  • the first reservoir 100 is fluidly connected with two conduits 20.
  • the first reservoir 100 may be fluidly connected with five conduits 20. That is, the number of channels 20 fluidly connected to the first storage unit 100 may be changed as needed.
  • the size of the first storage unit 100 may be changed. More specifically, the size of the combustion furnace and the degree of slag formation of the inner wall 1 due to combustion can be changed. It may also be changed according to the number of pipelines 20 fluidly connected to the first storage unit 100.
  • the inlet portion 110 provides a passage through which water or steam flowing into the first storage portion 100 flows into the pipe 20.
  • the inlet 110 is formed on the underside of the first reservoir 100.
  • the inlet 110 may be formed on the upper side of the first reservoir 100, but in any case it is formed to match the direction of the existing flow of water or steam flowing inside the channel 20 desirable.
  • the number of the inflow portions 110 can be changed. That is, the number of the inflow portions 110 can be changed according to the number of the pipelines 20 because the number of the pipelines 20 fluidly connected to the first storage portion 100 can be changed.
  • the inlet 110 is formed for each channel 20 fluidly connected to the first reservoir 100. That is, if the number of channels 20 fluidly connected to the first storage unit 100 is increased to one, two, and five, the number of the inlet units 110 is also one, two, and five Can be increased.
  • the inlet 110 may be formed less than the number of the conduits 20 contacting the first reservoir 100. More specifically, if the width of the first storage part 100 is wide and the number of the pipelines 20 contacting the first storage part 100 is five, only one of the pipelines 20, Only one inlet 110 may be formed so as to be fluidly connected to the housing 100.
  • the inflow section 110 is provided with an inflow temperature sensor 112.
  • the inlet temperature sensor 112 senses the temperature of the water or steam entering the inlet 110 from the conduit 20.
  • the inflow temperature sensor 112 may be installed for each inflow section 110. Therefore, the inflow temperature of water or steam flowing into the plurality of pipelines 20 can be sensed, so that it is possible to more accurately determine whether slag formation will be described later.
  • the inlet temperature sensor 112 may be installed only at a portion of the inlet 110.
  • the outflow section 120 provides a passage through which water or steam stored in the first storage section 100 flows out.
  • the outlet 120 is formed above the first reservoir 100.
  • the outflow section 120 may be formed below the first storage section 100, but in any case, it is preferable that the outflow section 120 is formed so as to match the existing flow direction of water or steam in the water channel wall 20 Do.
  • the number of the outflow portions 120 can be changed. That is, the number of the outflow ports 120 can be changed according to the number of the conduits 20 since the number of the conduits 20 fluidly connected to the first storage unit 100 can be changed.
  • the outlet 120 is formed for each channel 20 fluidly connected to the first reservoir 100. As shown in FIG. That is, if the number of channels 20 fluidly connected to the first storage unit 100 is increased to one, two and five, the number of the outflows 120 is also one, two and five Can be increased.
  • the outlet 120 may be formed less than the number of conduits 20 contacting the first reservoir 100. More specifically, if the width of the first storage part 100 is wide and the number of the pipelines 20 contacting the first storage part 100 is five, only one of the pipelines 20, Only one outlet 120 may be formed so as to be fluidly connected to the housing 100.
  • the outlet 120 is provided with an outlet temperature sensor 122.
  • the outflow temperature sensor 122 senses the temperature of water or steam flowing out of the conduit 20 to the outflow section 120.
  • the outflow temperature sensor 122 may be installed for each outlet 120. Therefore, the inflow temperature of water or steam flowing into the plurality of pipelines 20 can be sensed, so that it is possible to more accurately determine whether slag formation will be described later.
  • the runoff temperature sensor 122 may be installed in only some of the outflows 120.
  • the first nozzle 130 is formed on one side of the first storage part 100. Water or steam stored in the first storage part 100 is injected from the first nozzle 130 to apply a physical force to the slag to remove the slag.
  • the first nozzle 130 is formed on the lower side of the first storage part 100. This is because the first storage unit 100 is installed on the upper portion of the burner 30. When the first storage unit 100 is installed below the burner 30, (Not shown).
  • the water jetting from the first nozzle 130 or the slag generated by the steam is formed below the first storage unit 100 so that gravity can be utilized to effectively remove the slag.
  • the injection angle or injection amount of water or steam injected from the first nozzle 130 can be adjusted. Specifically, the angle can be adjusted so as to be accurately injected to the position of the detected slag.
  • the injection amount of water or steam is increased to remove the slag, and when a small amount of slag is detected, the injection amount of water or steam is reduced to remove the slag.
  • the slag removal apparatus 10 further includes a water supply device 140.
  • the water supply device 140 stores extra water or steam.
  • the water or steam stored in the first reservoir 100 to remove slag is primarily supplied in water or steam flowing in the conduit 20 formed in the combustion chamber inner wall 1.
  • the water supply device 140 may include an apparatus capable of transferring water or steam, such as a pump (not shown).
  • a plurality of conduits 20 are present in the combustion chamber inner wall 1. As shown in FIG. As described above, the channel 20 is in communication with the inlet 110 and the outlet 120 of the slag remover 10, respectively.
  • the inflow temperature sensor 112 and the outflow temperature sensor 122 may be installed in the inflow section 110 and the outflow section 120 to detect the temperature of the inflow water or steam and the temperature of the inflow water or steam.
  • the temperature of the incoming water or steam detected by the influent temperature sensor 112 The temperature of the outflowed water or steam detected by the outflow temperature sensor 122 .
  • Water or steam flowing in the conduit 20 absorbs the heat generated by the combustion in the combustion chamber.
  • the calorie absorbed can be calculated by the following equation.
  • the amount of heat absorbed by the water or steam flowing in the conduit 20 is equal to or larger than the reference heat amount, so that it can be judged that the slag is hardly present in the combustion chamber inner wall 1.
  • the amount of heat absorbed by the water or steam flowing in the conduit 20 is smaller than the reference heat amount, so that it can be judged that the slag is generated in the combustion chamber inner wall 1.
  • the temperature sensed by inlet temperature sensor 112 An error may occur when the average value is used, To determine whether slag has occurred .
  • a plurality of inlet temperature sensors 112 and outlet temperature sensors 122 It is possible to accurately detect whether slag is generated or not and where the slag is generated.
  • the circumferential length of the combustion chamber inner wall 1 is further subdivided and And it is possible to more accurately detect whether or not the slag is generated and the position where the slag is generated.
  • a plurality of slag removing apparatuses 10 of the illustrated embodiment are installed along the duct 20 of the water pipe wall formed in the inner wall 1 of the combustion chamber.
  • the amount of water or steam injected from the first nozzle 130 of the slag remover 10 of the first embodiment can be adjusted. Therefore, it is possible to efficiently remove the slag by controlling the injection amount of water or steam according to the predicted amount of slag to be produced.
  • the spray angle of water or steam injected from the first nozzle 130 of the slag remover 10 of the first embodiment can be adjusted. Accordingly, it is possible to efficiently spray the slag by injecting water or steam at an accurate position by adjusting the injection angle of water or steam according to the determined position of the slag.
  • the slag remover 10 according to the second embodiment differs from the slag remover 10 according to the first embodiment in that the second reservoir 200, the second nozzle 230, And further includes a storage unit 240 and a valve 300.
  • the structure and function of the remaining components except for the second storage part 200, the second nozzle 230, the additive storage part 240 and the valve 300 are the same as those of the slag removing device 10 according to the first embodiment described above. .
  • the second embodiment will be described with the second storage unit 200, the second nozzle 230, the additive storage unit 240, and the valve 300 as a center.
  • the second storage unit 200 an additive mixture is stored.
  • the second storage unit 200 is installed on the inner side of the combustion chamber inner wall 1 and above the burner 30 and is connected to the first storage unit 100 and the additive storage unit 240. Alternatively, the second storage unit 200 may be installed below the burner 30.
  • the additive stored in the second storage part 200 can soften the slag generated on the inner wall 1 of the combustion chamber.
  • the slag softened by the additive can be more easily removed by the physical force generated by the injection of water or steam as compared with the hard slag.
  • a valve 300 is provided on the flow path connecting the second storage unit 200 and the first storage unit 100. Accordingly, the water or steam stored in the first storage part 100 may be introduced into the second storage part 200 and mixed with the additive to form an additive mixture. The production process of the additive mixture will be described later.
  • the second nozzle 230 is formed on one side of the second storage part 200.
  • the additive mixture stored in the second storage part 200 is injected from the second nozzle 230 to soften the slag, .
  • the second nozzle 230 is formed to protrude from the inside of the combustion chamber inner wall 1.
  • the injection angle or injection amount of the additive mixture injected from the second nozzle 230 can be adjusted. Specifically, the injection angle can be adjusted so as to be accurately injected to the position of the produced slag. Also, when a large amount of slag is generated, the injection amount of the additive mixture is increased to soften and remove the slag, and when a small amount of slag is detected, the injection amount of the additive mixture is reduced to soften and remove the slag.
  • the additive storage unit 240 stores the additive supplied to the second storage unit 200.
  • a valve may be provided on the flow path connecting the additive storage unit 240 and the second storage unit 200 to control the inflow direction and inflow amount of the additive.
  • the additive supplied from the additive storage unit 240 to the second storage unit 200 is mixed with water or steam supplied from the first storage unit 100 to form an additive mixture.
  • a separate additive concentration control unit (not shown) may be provided to control the concentration of the additive.
  • the valve 300 is provided on a flow path connecting the first storage part 100 and the second storage part 200. Water or steam stored in the first storage unit 100 is controlled to flow into the second storage unit 200 through the valve 300, the inflow direction and the inflow amount.
  • the additive mixture stored in the second storage part 200 can be controlled to an appropriate concentration, and an appropriate amount of additive can be supplied as needed, so that the amount of the additive to be used can be minimized.
  • the concentration of the additive mixture stored in the second reservoir 200 is high .
  • the process of determining whether or not the slag removing apparatus 10 according to the first embodiment generates slag, a generation position, and a generation amount is applied to the second embodiment as well.
  • the sensed temperature is detected through the inlet temperature sensor 112 and the outlet temperature sensor 122 and The generation position and the generation amount of the slag are determined, the slag generated by spraying water or steam from the first nozzle 130 is removed.
  • the slag when the slag is hard, there is a limit to the slag removal by a mechanical method through injection of water or steam. Therefore, the slag must first be softened so that it can be easily removed by spraying water or steam.
  • the slag removing operation is performed through the inlet temperature sensor 112 and the outlet temperature sensor 122 and Using Lt; / RTI > .
  • the amount of heat absorbed by the water or steam flowing in the conduit 20 is equal to or larger than the reference heat quantity, it can be judged that the slag generated in the combustion chamber inner wall 1 is almost removed.
  • the amount of heat absorbed by water or steam flowing in the conduit 20 is smaller than the reference heat amount, so that it can be judged that the slag generated in the combustion chamber inner wall 1 still remains.
  • the amount of heat absorbed by water or steam flowing in the conduit 20 is considerably smaller than the reference heat amount, so that it can be judged that the slag generated in the combustion chamber inner wall 1 is hardly removed.
  • a high concentration additive mixture is stored in the second storage part (200).
  • the high concentration additive mixture injected from the second nozzle 230 is mixed with water or steam injected from the first nozzle 130 to reach the slag.
  • the water or steam sprayed from the first nozzle 130 is sprayed in a direction directly facing the slag, and the additive mixture sprayed from the second nozzle 230 is sprayed from the first nozzle 130 Or steam is sprayed onto the path of travel towards the slag.
  • the water or steam injected from the first nozzle 130 and the additive mixture injected from the second nozzle 230 are mixed on the movement path to the slag to reach the slag.
  • the slag is softened by the additive mixture and at the same time receives the physical force by water or steam, and is more easily removed than by using only the physical force by water or steam.
  • the slag can be effectively removed regardless of the position of the slag.
  • water or steam injected from the first nozzle 130 and additive mixture injected from the second nozzle 230 are simultaneously injected for the above-described mixing process.
  • the water or steam injected by the first nozzle 130 and the additive mixture injected by the second nozzle 230 may be injected independently.
  • the additive mixture may be injected in the second nozzle 230 to remove the slag.
  • the slag removing apparatus 10 of the second embodiment is installed in the combustion chamber inner wall 1 by the same number as the number of the slag removing apparatuses 10 of the first embodiment.
  • the injection angle of water or steam injected from the first nozzle 130 of the slag remover 10 of the second embodiment can be adjusted. Accordingly, it is possible to efficiently spray the slag by injecting water or steam at an accurate position by adjusting the injection angle of water or steam according to the determined position of the slag.
  • the amount of water or steam injected from the first nozzle 130 of the slag remover 10 of the second embodiment and the amount of the additive mixture injected from the second nozzle 230 can be adjusted. Therefore, the slag can be efficiently removed by adjusting the injection amount of the water or the steam and the additive mixture according to the determined amount of the slag.
  • the injection angle of the additive mixture injected from the second nozzle 230 can be adjusted. Thus, whichever hard slag occurs, softening and removal by the additive mixture is possible.
  • the hard slag can be softened by the additive mixture injected from the second nozzle 230 of the slag remover 10 of the second embodiment, the softening of the slag after the softening of the slag, The slag can be removed even by spraying.

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Abstract

연소실 내벽에 생성되는 슬래그 제거를 위해 별도의 유체 저장부를 포함하는 슬래그 제거 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치는 물 또는 스팀이 유동되는 복수의 관로(20)가 형성된 연소로 내벽(1)에 설치되는 슬래그 제거 장치(10)로서, 상기 관로(20)와 유체 소통 가능하게 연결되며, 상기 물 또는 스팀이 저장되는 제1 저장부(100)를 포함하며, 상기 제1 저장부(100)는, 상기 관로(20)에서 상기 물 또는 스팀이 유입되는 유입부(110); 상기 관로(20)로 상기 물 또는 스팀이 유출되는 유출부(120); 상기 유입부(110)에 설치되는 유입 온도 감지기(112); 상기 유출부(120)에 설치되는 유출 온도 감지기(122); 및 상기 제1 저장부(100)에 저장된 상기 물 또는 스팀이 분사되는 제1 노즐(130)을 포함하며, 상기 제1 노즐(130)에서는 상기 유입 온도 감지기(112) 및 상기 유출 온도 감지기(122)에서 감지된 온도에 상응하여 상기 제1 저장부(100)에 저장된 상기 물 또는 스팀이 분사된다.

Description

연소실 내벽에 생성되는 슬래그 제거를 위해 별도의 유체 저장부를 포함하는 슬래그 제거 장치
본 발명은 슬래그 제거 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 연소실 내부에서 생성되는 슬래그를 제거하기 위한 유체를 저장하는 별도의 유체 저장부를 포함하는 슬래그 제거 장치에 관한 것이다.
석탄 화력 발전소의 보일러는 석탄과 같은 고체 연료를 분쇄기로 분쇄한 미분탄 및 공기를 공급받아 이를 연소시켜 열을 발생시킨다. 이 때, 주로 보일러의 연소실 내부에 위치한 버너부 상측에 슬래그(slag)가 생성될 수 있다(도 1 참조).
슬래그는 주로 고온 조건에서 석탄 회분이 녹아 생성되며, 석탄 연소시뿐만 아니라 고체 연료를 사용하는 폐기물 소각로, 바이오매스(biomass) 보일러 등에서도 생성될 수 있다.
슬래그가 생성되면 연소실 내의 열전달이 방해되어 연소 효율이 저하될 수 있다. 또한, 슬래그가 성장하여 외부 충격에 의해 연소실 내벽에서 분리될 때 보일러 내부의 관로가 파손될 수 있고, 이로 인해 보일러 전체의 가동이 정지될 수 있다.
따라서, 슬래그 생성 및 성장을 방지하기 위해 슬래그 생성 억제제 또는 연료와 공기의 비율 조정을 통해 슬래그 생성 자체를 억제하거나, 생성된 슬래그를 제거하는 방법이 활용되고 있다.
특히, 효과적인 슬래그 제거를 위해 연소실 내에 생성된 슬래그의 생성 여부, 생성된 슬래그의 위치 및 생성량을 정확하게 파악하고, 신속하게 이를 제거하는 것이 중요하다. 따라서, 이를 정확하게 파악하기 위한 기술들이 소개된 바 있다.
미국공개특허문헌 제2007-0119351호는 복수의 슬래그 검출 센서를 구비한 보일러 시스템을 개시한다. 구체적으로, 슬래그 검출을 위한 별도의 슬래그 검출 센서를 통해 특정 위치의 슬래그 생성 여부를 예상한다. 슬래그 생성이 예상되는 경우 버너의 A/F(Air/Fuel) 비율 또는 공기-연료 흐름의 질량 유량을 조정하여 슬래그 생성을 억제한다.
하지만, 이런 유형의 보일러 시스템은 슬래그 생성이 예상되는 경우에 버너의 A/F 비율 또는 질량 유량을 조정하기 때문에 사후적 대책에 그친다는 한계가 있다. 또한, 이미 생성된 슬래그를 효과적으로 제거하기 위한 방안은 제시하지 못한다는 단점이 있다. 이와 함께, 버너의 A/F 비율 및 공기-연료 흐름의 질량 유량 등은 보일러 및 발전 시스템의 성능 특성과 민감하게 결부되어 있어 조정이 매우 제한적이라는 문제도 가지고 있다.
다른 예로서, 한국등록특허문헌 제10-1606011호는 클링커(clinker) 억제제를 이용한 클링커 억제 장치를 개시한다. 구체적으로, 별도의 클링커 억제제 공급부, 제어부 및 저장부를 포함하며, 연소시 클링커 억제제를 공급하여 클링커 생성을 사전에 제어한다.
하지만, 이런 유형의 클링커 억제 장치는 클링커 생성이 예상되는 경우 석탄 등 연료의 조율에 따라 클링커 억제제를 조정, 공급하기 때문에 사후적 대책에 그칠 수 있다는 한계가 있다. 특히, 클링커가 생성되는 위치를 명확하게 파악하지 못하기 때문에 비효율적이라는 단점을 가지고 있어 이미 생성된 클링커를 효과적으로 제거하기 위한 방안은 제시하지 못한다는 단점이 있다.
상기한 문제점을 극복하기 위해, 이미 생성된 슬래그를 제거하기 위한 기술들이 소개된 바 있다.
한국등록특허문헌 제10-1415816호는 별도의 슬래깅 패널을 구비한 슬래깅 측정 장치 및 측정방법을 개시한다. 구체적으로, 보일러의 연소실 내벽에 슬래깅 패널을 설치하여, 패널 상에 유동하는 슬래깅의 점도를 측정하여 양을 예측한다. 슬래깅의 양이 기준치를 초과할 경우 슬래깅 패널에 가열 공기를 공급하여 슬래그를 용융시켜 제거하는 방식이다.
하지만, 이런 유형의 슬래깅 측정 장치는 별도의 슬래깅 패널을 필요로 하고, 패널에 가열 공기를 공급하기 위한 공기 공급부 및 공기 가열부를 별도로 필요로 한다. 또한, 슬래깅이 슬래깅 패널 일부에만 생성된 경우에도 슬래깅 패널 전체에 가열 공기를 공급해야 하므로, 제거 효율이 떨어진다는 단점이 있다.
다른 예로서, 일본공개특허문헌 제1996-121737호는 별도의 수냉 패널을 구비한 슬래그 제거 장치를 개시한다. 구체적으로, 별도의 수냉 패널 내부에 냉각수를 유동시켜, 슬래그가 수냉 패널에 응착되면 수냉 패널에 충격을 가하거나 수냉 패널의 표면에 증기를 분사하여 슬래그를 제거한다.
하지만, 이런 유형의 슬래그 제거 장치는 별도의 수냉 패널을 필요로 하고, 냉각수 공급을 위한 냉각수 공급부, 수냉 패널에 분사하기 위한 증기 공급부, 수냉 패널에 충격을 가하기 위한 진동 부가 장치 등 별도의 추가 장비가 많이 요구된다는 단점이 있다. 또한 슬래그가 수냉 패널 일부에만 생성된 경우에도 수냉 패널 전체에 충격을 가해야만 하며, 수냉 패널에 충격을 가할 때 수냉 패널이 설치된 연소실 내벽에도 충격에 의한 영향을 줄 수 있다는 단점이 있다.
(특허문헌 1) 미국공개특허문헌 제2007-0119351호(2007.05.31)
(특허문헌 2) 한국등록특허문헌 제10-1415816호(2014.06.30)
(특허문헌 3) 일본공개특허문헌 제1996-121737호(1996.05.17)
(특허문헌 4) 한국등록특허문헌 제10-1606011호(2016.03.18)
따라서, 본 발명의 주된 목적은, 슬래그의 생성 여부, 생성 위치 및 생성량을 정확하고 신속하게 파악할 수 있고, 생성된 슬래그를 효율적으로 제거할 수 있으면서도, 보일러의 연소실 내부에 추가되는 기기를 최소화하면서, 보일러의 연소실 내부에 기 유동 중인 수관 벽의 유체를 최대한 활용할 수 있는 슬래그 제거 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 물 또는 스팀이 유동되는 복수의 관로(20)가 형성된 연소로 내벽(1)에 설치되는 슬래그 제거 장치(10)로서, 상기 관로(20)와 유체 소통 가능하게 연결되며, 상기 물 또는 스팀이 저장되는 제1 저장부(100)를 포함하며, 상기 제1 저장부(100)는, 상기 관로(20)에서 상기 물 또는 스팀이 유입되는 유입부(110); 상기 관로(20)로 상기 물 또는 스팀이 유출되는 유출부(120); 상기 유입부(110)에 설치되는 유입 온도 감지기(112); 상기 유출부(120)에 설치되는 유출 온도 감지기(122); 및 상기 제1 저장부(100)에 저장된 상기 물 또는 스팀이 분사되는 제1 노즐(130)을 포함하며, 상기 제1 노즐(130)에서는 상기 유입 온도 감지기(112) 및 상기 유출 온도 감지기(122)에서 감지된 온도에 상응하여 상기 제1 저장부(100)에 저장된 상기 물 또는 스팀이 분사되는 슬래그 제거 장치를 제공한다.
상기 유입 온도 감지기(112) 및 상기 유출 온도 감지기(122)에서 감지된 각각의 온도의 차이를 이용하여 슬래그 생성 여부가 판단될 수 있다.
하나의 상기 제1 저장부(100)에 상기 관로(20)가 다수 개 연결되어 상기 유입부(110) 또는 상기 유출부(120)는 다수 개 형성되고, 형성된 상기 유입부(110)마다 상기 유입 온도 감지기(112)가 설치되며, 형성된 상기 유출부(120)마다 상기 유출 온도 감지기(122)가 설치될 수 있다.
상기 제1 노즐(130)에서 분사되는 상기 물 또는 스팀의 분사 각도 또는 분사량은 조절될 수 있다.
상기 제1 저장부(100)에 상기 물 또는 스팀을 공급하는 급수 장치(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 연소로 내벽(1)에 생성된 슬래그를 연질화하는 첨가제가 저장되는 제2 저장부(200)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 저장부(100)와 상기 제2 저장부(200)를 연결하는 유로 상에 구비된 밸브(300)를 더 포함하며, 상기 밸브(300)는 상기 제1 저장부(100)에 저장된 상기 물 또는 스팀이 상기 제2 저장부(200)로 유입되도록 상기 물 또는 스팀의 유동을 제어할 수 있다.
상기 제1 저장부(100)에서 유입된 상기 물 또는 스팀 및 상기 제2 저장부(200)에 저장된 상기 첨가제가 혼합된 첨가제 혼합물을 분사할 수 있는 제2 노즐(230)을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 노즐(230)에서 분사되는 상기 첨가제 혼합물의 분사 각도 또는 분사량은 조절될 수 있다.
상기 제1 노즐(130)에서 분사되는 상기 물 또는 스팀 및 제2 노즐(230)에서 분사되는 상기 첨가제 혼합물은 독립적으로 분사될 수 있다.
본 발명에 따르면, 유입 관로를 통해 유입되는 물 또는 스팀의 온도와 유출 관로를 통해 유출되는 물 또는 스팀의 온도의 차이를 이용하여 슬래그 생성 여부를 판단할 수 있으므로, 슬래그의 생성 여부, 생성 위치 및 생성량을 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 제1 저장부 및 제1 노즐을 연소실 내벽의 복수의 관로에 복수 개 설치함으로써 여러 위치에 생성된 슬래그를 효과적으로 제거할 수 있다.
더불어, 연소실 내벽에서 이미 유동 중인 물 또는 스팀을 이용하므로 물 또는 스팀을 보관하기 위한 저장부만 추가하여 슬래그를 제거할 수 있어 보일러의 연소실 내부에 추가되는 기기를 최소화할 수 있다.
더 나아가, 별도의 첨가제(additive)를 저장하는 제2 저장부 및 이를 분사하는 제2 노즐을 더 포함하여 첨가제를 통한 슬래그의 연질화 및 제거를 동시에 수행할 수 있다.
따라서, 석탄화력 발전소에서 사용되는 연소로뿐만 아니라, 바이오매스 연소로 및 폐기물 소각로 등 슬래그가 생성될 수 있는 모든 발전 시설에서 슬래그를 제거하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 연소로 내벽을 보이는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치가 설치된 연소실 내벽을 도시하는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치가 설치된 연소실 내벽을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치가 설치된 연소실 내벽을 도시하는 측면도이다.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
1. 연소로 내부의 설명
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)가 설치되는 연소로 내벽(1)에는 복수의 관로(20)가 형성된다.
복수의 관로(20) 내부에는 물 또는 스팀이 유동되어, 연소로 내부에서 후술될 버너(30)에서 일어나는 연소에 의해 발생되는 열을 일부 흡수한다.
버너(30)에서는 연소가 일어나 화염이 발생한다. 일반적인 연소로가 원통형으로 형성되는바, 버너(30)에서 발생하는 화염은 연소로 중앙으로 분사된다.
2.1 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)의 설명
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)는 제1 저장부(100), 유입부(110), 유출부(120) 및 제1 노즐(130)을 포함한다.
제1 저장부(100)는 물 또는 스팀이 저장되는 곳이다. 제1 저장부(100)는 연소실 내벽(1)의 내측으로, 버너(30)의 상부에 설치된다. 대안적으로, 제1 저장부(100)는 버너(30)의 하부에 설치될 수도 있다.
제1 저장부(100)는 관로(20)와 유체 소통 가능하게 연결된다. 다시 말하면, 관로(20) 내부에 유동 중인 물 또는 스팀이 제1 저장부(100) 내부로 유입되거나, 제1 저장부(100) 내부에서 관로(20)로 유출될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 저장부(100)는 관로(20) 한 개와 유체 소통 가능하게 연결된다.
또한, 도 3을 참조하면, 제1 저장부(100)는 관로(20) 두 개와 유체 소통 가능하게 연결된다. 도 4를 참조하면, 제1 저장부(100)는 관로(20) 다섯 개와 유체 소통 가능하게 연결될 수도 있다. 즉, 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되는 관로(20)의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
제1 저장부(100)의 크기는 변경될 수 있다. 보다 구체적으로, 연소로의 크기 및 연소로 내벽(1)의 슬래그 생성 정도 등에 의해 변경될 수 있다. 또한, 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되는 관로(20)의 개수에 따라 변경될 수도 있다.
유입부(110)는 관로(20) 내부에 유동 중인 물 또는 스팀이 제1 저장부(100)로 유입되는 통로를 제공한다. 도시된 실시 예에서 유입부(110)는 제1 저장부(100)의 하측에 형성된다. 대안적으로, 유입부(110)는 제1 저장부(100)의 상측에 형성될 수도 있으나, 어느 경우라도 관로(20) 내부에 유동 중인 물 또는 스팀의 기존 흐름의 방향에 맞도록 형성되는 것이 바람직하다.
유입부(110)의 개수는 변경될 수 있다. 즉, 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되는 관로(20)의 수가 변경될 수 있으므로, 관로(20)의 수에 따라 유입부(110)의 개수가 변경될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 유입부(110)는 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되는 관로(20)마다 형성된다. 즉, 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되는 관로(20)의 개수가 한 개, 두 개 및 다섯 개로 증가되면, 유입부(110)의 개수 또한 한 개, 두 개 및 다섯 개로 증가될 수 있다.
대안적으로, 유입부(110)는 제1 저장부(100)에 접촉되는 관로(20)의 개수보다 적게 형성될 수도 있다. 보다 구체적으로, 제1 저장부(100)의 폭이 넓어서, 제1 저장부(100)에 접촉되는 관로(20)의 개수가 다섯 개라면, 이 중 일부인 한 개의 관로(20)만 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되도록 유입부(110)가 한 개만 형성될 수도 있다.
유입부(110)에는 유입 온도 감지기(112)가 설치된다. 유입 온도 감지기(112)는 관로(20)에서 유입부(110)로 유입되는 물 또는 스팀의 온도를 감지한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 유입 온도 감지기(112)는 유입부(110)마다 설치될 수 있다. 따라서, 복수의 관로(20)에 유동 중인 물 또는 스팀의 유입 온도가 감지될 수 있으므로, 후술될 슬래그 생성 여부 판단이 더욱 정확해질 수 있다.
대안적으로, 도 5를 참조하면, 유입 온도 감지기(112)는 일부 유입부(110)에만 설치될 수도 있다.
유출부(120)는 제1 저장부(100)에 저장된 물 또는 스팀이 외부로 유출되는 통로를 제공한다. 도시된 실시 예에서 유출부(120)는 제1 저장부(100)의 상측에 형성된다. 대안적으로, 유출부(120)는 제1 저장부(100)의 하측에 형성될 수도 있으나, 어느 경우라도 수관 벽의 관로(20) 내 물 또는 스팀의 기존 흐름 방향에 맞도록 형성되는 것이 바람직하다.
유출부(120)의 개수는 변경될 수 있다. 즉, 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되는 관로(20)의 수가 변경될 수 있으므로, 관로(20)의 수에 따라 유출부(120)의 개수가 변경될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 유출부(120)는 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되는 관로(20)마다 형성된다. 즉, 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되는 관로(20)의 개수가 한 개, 두 개 및 다섯 개로 증가되면, 유출부(120)의 개수 또한 한 개, 두 개 및 다섯 개로 증가될 수 있다.
대안적으로, 유출부(120)는 제1 저장부(100)에 접촉되는 관로(20)의 개수보다 적게 형성될 수도 있다. 보다 구체적으로, 제1 저장부(100)의 폭이 넓어서, 제1 저장부(100)에 접촉되는 관로(20)의 개수가 다섯 개라면, 이 중 일부인 한 개의 관로(20)만 제1 저장부(100)에 유체 소통 가능하게 연결되도록 유출부(120)가 한 개만 형성될 수도 있다.
유출부(120)에는 유출 온도 감지기(122)가 설치된다. 유출 온도 감지기(122)는 관로(20)에서 유출부(120)로 유출되는 물 또는 스팀의 온도를 감지한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 유출 온도 감지기(122)는 유출부(120)마다 설치될 수 있다. 따라서, 복수의 관로(20)에 유동 중인 물 또는 스팀의 유입 온도가 감지될 수 있으므로, 후술될 슬래그 생성 여부 판단이 더욱 정확해질 수 있다.
대안적으로, 도 5를 참조하면, 유출 온도 감지기(122)는 일부 유출부(120)에만 설치될 수도 있다.
제1 노즐(130)은 제1 저장부(100)의 일측에 형성된다. 제1 노즐(130)에서 제1 저장부(100)에 저장된 물 또는 스팀이 분사되어 슬래그에 물리력을 가함으로써 슬래그를 제거하는 역할을 수행한다.
도시된 실시 예에서 제1 노즐(130)은 제1 저장부(100)의 하측에 형성된다. 이는 제1 저장부(100)가 버너(30)의 상부에 설치되기 때문이며, 제1 저장부(100)가 버너(30)의 하부에 설치될 경우, 제1 노즐(130)은 제1 저장부(100)의 상측에 형성될 수도 있다.
다만, 제1 노즐(130)에서 분사되는 물 또는 스팀에 의해 생성된 슬래그가 효과적으로 제거되기 위해 중력을 이용할 수 있도록 제1 저장부(100)의 하측에 형성되는 것이 바람직하다.
제1 노즐(130)에서 분사되는 물 또는 스팀의 분사 각도 또는 분사량은 조절될 수 있다. 구체적으로, 검출된 슬래그의 위치에 정확하게 분사될 수 있도록 각도가 조정될 수 있다.
또한, 다량의 슬래그가 검출된 경우 물 또는 스팀의 분사량을 증가시켜 슬래그를 제거하고, 소량의 슬래그가 검출된 경우 물 또는 스팀의 분사량을 감소시켜 슬래그를 제거한다.
즉 슬래그의 생성 위치 및 생성량에 따라 분사되는 물 또는 스팀의 분사 각도 또는 분사량을 조절하여 효율적으로 슬래그를 제거할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)는 급수 장치(140)를 더 포함한다. 급수 장치(140)는 여분의 물 또는 스팀을 저장한다.
도시된 실시 예에서, 슬래그를 제거하기 위해 제1 저장부(100)에 저장되는 물 또는 스팀은 일차적으로 연소실 내벽(1)에 형성된 관로(20) 내에서 유동하는 물 또는 스팀에서 공급된다.
이 때, 다량의 슬래그가 생성되어 물 또는 스팀의 분사량이 증가하면, 연소실 내벽(1)에 형성된 관로(20) 내에서 유동하는 물 또는 스팀이 부족해질 수 있다. 이 때, 급수 장치(140)에서 제1 저장부(100)로 물 또는 스팀이 공급되어, 물 또는 스팀의 부족분을 채울 수 있다.
이를 위해 급수 장치(140)에는 펌프(미도시) 등 물 또는 스팀을 이송할 수 있는 장치가 포함될 수 있다.
2.2 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)를 이용한 슬래그 제거 과정의 설명
이하, 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)를 이용하여 슬래그 생성 여부, 생성 위치 및 생성량을 파악하고, 생성된 슬래그를 제거하는 과정에 대해 설명한다.
도 7을 참조하면, 연소실 내벽(1)에는 복수의 관로(20)가 존재한다. 상기한 바와 같이, 관로(20)는 각각 슬래그 제거 장치(10)의 유입부(110)와 유출부(120)에 연통된다.
또한 유입부(110) 및 유출부(120)에는 유입 온도 감지기(112) 및 유출 온도 감지기(122)가 설치되어 유입되는 물 또는 스팀의 온도와 유출되는 물 또는 스팀의 온도를 감지할 수 있다.
이하 유입 온도 감지기(112)에서 감지된 유입되는 물 또는 스팀의 온도를
Figure PCTKR2018006990-appb-I000001
, 유출 온도 감지기(122)에서 감지된 유출되는 물 또는 스팀의 온도를
Figure PCTKR2018006990-appb-I000002
이라고 한다.
관로(20) 내에 유동 중인 물 또는 스팀은 연소실 내부에서 연소로 인해 발생되는 열량을 흡수하게 된다. 이 때, 흡수된 열량은 다음과 같은 식으로 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2018006990-appb-I000003
상기 식에서,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000004
는 물 또는 스팀이 흡수한 열량이고,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000005
는 물 또는 스팀의 비열이며,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000006
은 물 또는 스팀의 질량이다.
Figure PCTKR2018006990-appb-I000007
는
Figure PCTKR2018006990-appb-I000008
로 계산되며,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000009
과
Figure PCTKR2018006990-appb-I000010
의 차이에 해당한다.
이 때, 물 또는 스팀의 비열
Figure PCTKR2018006990-appb-I000011
는 공지된 수치이고, 물 또는 스팀의 질량
Figure PCTKR2018006990-appb-I000012
은 보일러 가동시 투입되는 물 또는 스팀의 유량을 통해 계산될 수 있기 때문에 상기 식에서 상수에 해당한다. 따라서 측정된
Figure PCTKR2018006990-appb-I000013
과
Figure PCTKR2018006990-appb-I000014
의 값을 이용하면 보일러 운용 중 물 또는 스팀이 흡수한 열량인
Figure PCTKR2018006990-appb-I000015
를 구할 수 있다.
또한, 연소실 내벽(1)에 슬래그가 존재하지 않을 때 연소실 내부의 연소로 인해 발생되는 열량 중 복수의 관로(20) 내에 유동 중인 물 또는 스팀에 흡수되는 열량이 최대가 된다. 이 때의 열량을
Figure PCTKR2018006990-appb-I000016
라고 하면,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000017
는 슬래그 생성 여부를 판단하기 위한 기준 열량으로 사용될 수 있다.
따라서, 보일러 운용 중 임의의 시점에서 측정한
Figure PCTKR2018006990-appb-I000018
와
Figure PCTKR2018006990-appb-I000019
의 대소 관계를 비교하여 연소실 내벽(1)의 슬래그 생성 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000020
일 경우 관로(20) 내에 유동 중인 물 또는 스팀이 흡수한 열량이 기준 열량보다 같거나 큰 것이므로, 연소실 내벽(1)에 슬래그가 거의 존재하지 않는다고 판단될 수 있다.
반면,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000021
일 경우 관로(20) 내에 유동 중인 물 또는 스팀이 흡수한 열량이 기준 열량에 비해 작은 것이므로, 연소실 내벽(1)에 슬래그가 생성되었다고 판단될 수 있다.
특히,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000022
일 경우 관로(20) 내에 유동 중인 물 또는 스팀이 흡수한 열량이 기준 열량에 비해 현저하게 작은 것이므로, 연소실 내벽(1)에 다량의 슬래그가 생성되었다고 판단될 수 있다.
이 때, 유입 온도 감지기(112) 또는 유출 온도 감지기(122)가 복수 개 설치된 경우, 유출 온도 감지기(122)에서 감지되는
Figure PCTKR2018006990-appb-I000023
은, 이미 제1 저장부(100) 내부에서 물 또는 스팀이 혼합된 이후에 감지되는 온도이므로
Figure PCTKR2018006990-appb-I000024
의 평균값을 이용하더라도 큰 오차가 발생되지 않는다.
다만, 유입 온도 감지기(112)에서 감지되는
Figure PCTKR2018006990-appb-I000025
은 슬래그 생성 여부에 직접적인 영향을 받는다. 보다 구체적으로, 외부에 슬래그가 생성된 관로(20)에서 측정된
Figure PCTKR2018006990-appb-I000026
은 외부에 슬래그가 생성되지 않은 관로(20)에서 측정된
Figure PCTKR2018006990-appb-I000027
에 비해 낮을 것이다.
따라서, 유입 온도 감지기(112)에서 감지되는
Figure PCTKR2018006990-appb-I000028
은 평균값을 이용할 경우 오차가 발생될 수 있으므로, 각각의
Figure PCTKR2018006990-appb-I000029
을 이용하여 슬래그 발생 여부 판단을 위해
Figure PCTKR2018006990-appb-I000030
을 산출하는 것이 바람직하다.
이 때 산출되는
Figure PCTKR2018006990-appb-I000031
의 개수는 유입 온도 감지기(112)의 개수만큼 증가될 수 있다. 산출된 각
Figure PCTKR2018006990-appb-I000032
를
Figure PCTKR2018006990-appb-I000033
와 비교하여, 어떤 관로(20)의 외부에 슬래그가 생성되었는지 여부를 판단할 수 있다.
대안적으로,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000034
과
Figure PCTKR2018006990-appb-I000035
의 각 평균치를 이용하여
Figure PCTKR2018006990-appb-I000036
를 산출할 수 있다. 이 경우 판단 과정은 좀더 용이해질 수 있으나, 판단 결과의 정확도는 감소될 수 있다.
복수의 유입 온도 감지기(112) 및 유출 온도 감지기(122)가
Figure PCTKR2018006990-appb-I000037
과
Figure PCTKR2018006990-appb-I000038
을 감지할 경우, 슬래그 생성 여부 및 생성 위치의 정확한 검출이 가능해진다.
즉, 연소실 내벽(1)의 원주 방향 길이를 더욱 세분화하여
Figure PCTKR2018006990-appb-I000039
과
Figure PCTKR2018006990-appb-I000040
을 감지하고, 이를 통해 슬래그 생성 여부 및 생성 위치를 더욱 정확하게 검출할 수 있다.
도 7를 참조하면, 도시된 실시 예의 슬래그 제거 장치(10)는 연소실 내벽(1)에 형성된 수관 벽의 관로(20)를 따라 복수 개가 설치된다. 설치된 각 슬래그 제거 장치(10)는 상기한 과정을 통해
Figure PCTKR2018006990-appb-I000041
과
Figure PCTKR2018006990-appb-I000042
을 감지하여, 어느 위치의 관로(20) 외부에 슬래그가 생성되었는지 여부를 판단할 수 있다.
제1 실시 예의 슬래그 제거 장치(10)의 제1 노즐(130)에서 분사되는 물 또는 스팀의 양은 조절될 수 있다. 따라서, 판단된 슬래그의 예상 생성량에 따라 물 또는 스팀의 분사량을 조절하여 효율적으로 슬래그를 제거할 수 있다.
제1 실시 예의 슬래그 제거 장치(10)의 제1 노즐(130)에서 분사되는 물 또는 스팀의 분사 각도는 조절될 수 있다. 따라서, 판단된 슬래그의 생성 위치에 따라 물 또는 스팀의 분사 각도를 조절하여 정확한 위치에 분사하여 효율적으로 슬래그를 제거할 수 있다.
3.1 제2 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)의 설명
도 8을 참조하면, 제2 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)는 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)와 비교할 때 제2 저장부(200), 제2 노즐(230), 첨가제 저장부(240) 및 밸브(300)를 더 포함한다.
제2 저장부(200), 제2 노즐(230), 첨가제 저장부(240) 및 밸브(300)를 제외한 나머지 구성 요소들의 구조와 기능은 상술한 제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)와 동일하다.
따라서 이하, 제2 저장부(200), 제2 노즐(230), 첨가제 저장부(240) 및 밸브(300)를 중심으로 제2 실시 예를 설명한다.
제2 저장부(200)에는 첨가제(additive) 혼합물이 저장된다. 제2 저장부(200)는 연소실 내벽(1)의 내측으로, 버너(30)의 상부에 설치되며, 제1 저장부(100) 및 첨가제 저장부(240)와 연결된다. 대안적으로, 제2 저장부(200)는 버너(30)의 하부에 설치될 수도 있다.
제2 저장부(200)에 저장된 첨가제는 연소실 내벽(1) 상에 생성된 슬래그를 연질화시킬 수 있다. 첨가제에 의해 연질화된 슬래그는 경질의 슬래그에 비해 물 또는 스팀의 분사로 발생하는 물리력에 의한 제거가 좀더 용이해진다.
제2 저장부(200)와 제1 저장부(100)를 연결하는 유로 상에는 밸브(300)가 구비된다. 따라서, 제1 저장부(100)에 저장된 물 또는 스팀은 제2 저장부(200)로 유입된 후 첨가제와 혼합되어 첨가제 혼합물을 형성할 수 있다. 첨가제 혼합물의 생성 과정에 대해서는 후술하기로 한다.
제2 노즐(230)은 제2 저장부(200)의 일측에 형성된다 제2 저장부(200)에 저장된 첨가제 혼합물은 제2 노즐(230)에서 분사되어 슬래그를 연질화시키고, 연질화된 슬래그를 제거하는 역할을 수행한다.
도시된 실시 예에서 제2 노즐(230)은 연소실 내벽(1)의 내측에서 돌출되도록 형성된다.
제2 노즐(230)에서 분사되는 첨가제 혼합물의 분사 각도 또는 분사량은 조절될 수 있다. 구체적으로, 생성된 슬래그의 위치에 정확하게 분사될 수 있도록 분사 각도가 조정될 수 있다. 또한, 다량의 슬래그가 생성된 경우 첨가제 혼합물의 분사량을 증가시켜 슬래그를 연질화하여 제거하고, 소량의 슬래그가 검출된 경우 첨가제 혼합물의 분사량을 감소시켜 슬래그를 연질화하여 제거한다.
즉 슬래그의 생성 위치 또는 생성량에 따라 분사되는 첨가제 혼합물의 분사 각도 또는 분사량을 조절하여 효율적으로 슬래그를 제거할 수 있다.
첨가제 저장부(240)는 제2 저장부(200)에 공급되는 첨가제를 저장한다. 첨가제 저장부(240)와 제2 저장부(200)를 연결하는 유로 상에는 밸브가 구비되어, 첨가제의 유입 방향 및 유입량을 제어할 수 있다.
첨가제 저장부(240)에서 제2 저장부(200)로 공급된 첨가제는, 제1 저장부(100)에서 공급된 물 또는 스팀과 혼합되어 첨가제 혼합물을 형성한다. 이 때, 첨가제의 농도를 제어하기 위해 별도의 첨가제 농도 제어부(미도시)가 구비될 수 있다.
밸브(300)는 제1 저장부(100)와 제2 저장부(200)를 연결하는 유로 상에 구비된다. 제1 저장부(100)에 저장된 물 또는 스팀은 밸브(300)를 통해 제2 저장부(200)로의 유입 여부, 유입 방향 및 유입량이 제어된다.
따라서, 제2 저장부(200)에 저장되는 첨가제 혼합물은 적정한 농도로 제어될 수 있게 되어, 필요에 따라 적절한 양의 첨가제를 공급할 수 있으므로, 사용되는 첨가제의 양을 최소화할 수 있다.
다만, 후술할 바와 같이 제1 노즐(130) 및 제2 노즐(230)에서 물 또는 스팀과 첨가제 혼합물이 동시에 분사되어 혼합되므로, 제2 저장부(200)에 저장되는 첨가제 혼합물의 농도는 고농도인 것이 바람직하다.
3.2 제2 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)를 이용한 슬래그 제거 과정의 설명
이하, 제2 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)를 이용하여 슬래그 생성 여부, 생성 위치 및 생성량을 파악하고, 생성된 슬래그를 제거하는 과정에 대해 설명한다.
제1 실시 예에 따른 슬래그 제거 장치(10)가 슬래그의 생성 여부, 생성 위치 및 생성량을 판단하는 과정은 제2 실시 예에서도 동일하게 적용된다.
따라서, 제2 실시 예에서 추가되는 제2 저장부(200), 제2 노즐(230), 첨가제 저장부(240) 및 밸브(300)를 중심으로 생성된 슬래그를 제거하는 과정을 설명한다.
먼저, 유입 온도 감지기(112) 및 유출 온도 감지기(122)를 통해 감지된
Figure PCTKR2018006990-appb-I000043
과
Figure PCTKR2018006990-appb-I000044
의 차이를 이용하여 슬래그 생성 여부, 생성 위치 및 생성량이 판단되면, 제1 노즐(130)에서 물 또는 스팀이 분사되어 생성된 슬래그를 제거한다.
이 때, 슬래그가 경질일 경우, 물 또는 스팀의 분사를 통한 기계적인 방법으로는 슬래그 제거에 한계가 있다. 따라서, 물 또는 스팀의 분사를 통해 쉽게 제거될 수 있도록 먼저 슬래그를 연질화해야 한다.
슬래그가 경질로 생성되어, 제1 노즐(130)에서 분사된 물 또는 스팀만으로는 슬래그가 제거되지 않았는지 여부는,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000045
과
Figure PCTKR2018006990-appb-I000046
의 차이를 이용하여
Figure PCTKR2018006990-appb-I000047
를 산출하고, 산출된
Figure PCTKR2018006990-appb-I000048
를
Figure PCTKR2018006990-appb-I000049
와 비교하는 과정을 통해 알 수 있다.
즉, 제1 노즐(130)에서 분사된 물 또는 스팀에 의한 슬래그 제거 작업이 수행된 후, 유입 온도 감지기(112) 및 유출 온도 감지기(122)를 통해 감지된
Figure PCTKR2018006990-appb-I000050
과
Figure PCTKR2018006990-appb-I000051
을 이용하여
Figure PCTKR2018006990-appb-I000052
를 다시 산출하여,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000053
와 비교하는 것이다.
구체적으로,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000054
일 경우 관로(20) 내에 유동 중인 물 또는 스팀이 흡수한 열량이 기준 열량보다 같거나 큰 것이므로, 연소실 내벽(1)에 생성된 슬래그가 거의 제거되었다고 판단될 수 있다.
반면,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000055
일 경우 관로(20) 내에 유동 중인 물 또는 스팀이 흡수한 열량이 기준 열량에 비해 작은 것이므로, 연소실 내벽(1)에 생성된 슬래그가 아직 잔류하고 있다고 판단될 수 있다.
특히,
Figure PCTKR2018006990-appb-I000056
일 경우 관로(20) 내에 유동 중인 물 또는 스팀이 흡수한 열량이 기준 열량에 비해 현저하게 작은 것이므로, 연소실 내벽(1)에 생성된 슬래그가 거의 제거되지 못했다고 판단될 수 있다.
제2 저장부(200)에는 고농도의 첨가제 혼합물이 저장된다. 제2 노즐(230)에서 분사된 고농도의 첨가제 혼합물은, 제1 노즐(130)에서 분사된 물 또는 스팀과 혼합되어 슬래그에 도달한다.
도 8을 참조하면, 제1 노즐(130)에서 분사되는 물 또는 스팀은 슬래그를 직접 향하는 방향으로 분사되고, 제2 노즐(230)에서 분사되는 첨가제 혼합물은 제1 노즐(130)에서 분사된 물 또는 스팀이 슬래그를 향하는 이동 경로 상에 분사된다.
즉, 제1 노즐(130)에서 분사되는 물 또는 스팀과, 제2 노즐(230)에서 분사되는 첨가제 혼합물이 슬래그에 이르는 이동 경로 상에서 혼합되어 슬래그에 도달하게 된다.
따라서, 슬래그는 첨가제 혼합물에 의해 연질화됨과 동시에 물 또는 스팀에 의한 물리력을 받게 되어, 물 또는 스팀에 의한 물리력만을 이용할 때보다 더 쉽게 제거된다.
이 때, 제1 노즐(130) 및 제2 노즐(230)의 분사 각도 또는 분사량은 조절될 수 있으므로, 슬래그가 어떤 위치에서 생성되더라도 슬래그를 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기한 혼합 과정을 위해 제1 노즐(130)에서 분사되는 물 또는 스팀 및 제2 노즐(230)에서 분사되는 첨가제 혼합물은 동시에 분사된다.
대안적으로, 제1 노즐(130)이 분사하는 물 또는 스팀 및 제2 노즐(230)이 분사하는 첨가제 혼합물은 독립적으로 분사될 수 있다. 한 예로, 생성량은 많지 않으나 경질인 슬래그의 경우, 제2 노즐(230)에서 첨가제 혼합물만을 분사하여 슬래그를 제거할 수 있다.
제2 실시 예의 슬래그 제거 장치(10)는 제1 실시 예의 슬래그 제거 장치(10)의 개수와 동일한 개수만큼 연소실 내벽(1)에 설치된다.
즉, 슬래그 제거 장치(10)가 복수 개 구비됨으로써, 연소실 내벽(1)의 여러 위치에서 슬래그 생성 여부를 각각 판단할 수 있다. 따라서, 슬래그 생성이 예상되는 위치를 정확하게 판단할 수 있고, 이를 제거하기 위한 조치를 취할 수 있다.
상기한 바와 같이, 제2 실시 예의 슬래그 제거 장치(10)의 제1 노즐(130)에서 분사되는 물 또는 스팀의 분사 각도는 조절될 수 있다. 따라서, 판단된 슬래그의 생성 위치에 따라 물 또는 스팀의 분사 각도를 조절하여 정확한 위치에 분사하여 효율적으로 슬래그를 제거할 수 있다.
또한, 제2 실시 예의 슬래그 제거 장치(10)의 제1 노즐(130)에서 분사되는 물 또는 스팀의 양 및 제2 노즐(230)에서 분사되는 첨가제 혼합물의 양은 조절될 수 있다. 따라서, 판단된 슬래그의 생성량에 따라 물 또는 스팀 및 첨가제 혼합물의 분사 양을 조절하여 효율적으로 슬래그가 제거될 수 있다.
또한, 제2 노즐(230)에서 분사되는 첨가제 혼합물의 분사 각도는 조절될 수 있다. 따라서 경질의 슬래그가 어느 지점에 발생하더라도, 첨가제 혼합물에 의한 연질화 및 제거가 가능하다.
나아가, 제2 실시 예의 슬래그 제거 장치(10)의 제2 노즐(230)에서 분사되는 첨가제 혼합물에 의해 경질 슬래그의 연질화가 가능하므로, 슬래그의 연질화 이후 물 또는 스팀의 분사, 또는 첨가제 혼합물만의 분사로도 슬래그의 제거가 가능해진다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 연소로 내벽
10 : 슬래그 제거 장치
20 : 관로
30 : 버너
100 : 제1 저장부
110 : 유입부
112 : 유입 온도 감지기
120 : 유출부
122 : 유출 온도 감지기
130 : 제1 노즐
140 : 급수 장치
200 : 제2 저장부
230 : 제2 노즐
240 : 첨가제 저장부
300 : 밸브

Claims (10)

  1. 물 또는 스팀이 유동되는 복수의 관로가 형성된 연소로 내벽에 설치되는 슬래그 제거 장치로서,
    상기 관로와 유체 소통 가능하게 연결되며, 상기 물 또는 스팀이 저장되는 제1 저장부를 포함하며,
    상기 제1 저장부는,
    상기 관로에서 상기 물 또는 스팀이 유입되는 유입부;
    상기 관로로 상기 물 또는 스팀이 유출되는 유출부;
    상기 유입부에 설치되는 유입 온도 감지기;
    상기 유출부에 설치되는 유출 온도 감지기; 및
    상기 제1 저장부에 저장된 상기 물 또는 스팀이 분사되는 제1 노즐을 포함하며,
    상기 제1 노즐에서는 상기 유입 온도 감지기 및 상기 유출 온도 감지기에서 감지된 온도에 상응하여 상기 제1 저장부에 저장된 상기 물 또는 스팀이 분사되는,
    슬래그 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입 온도 감지기 및 상기 유출 온도 감지기에서 감지된 각각의 온도의 차이를 이용하여 슬래그 생성 여부가 판단되는,
    슬래그 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    하나의 상기 제1 저장부에 상기 관로가 다수 개 연결되어 상기 유입부 또는 상기 유출부는 다수 개 형성되고,
    형성된 상기 유입부마다 상기 유입 온도 감지기가 설치되며,
    형성된 상기 유출부마다 상기 유출 온도 감지기가 설치되는,
    슬래그 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노즐에서 분사되는 상기 물 또는 스팀의 분사 각도 또는 분사량은 조절될 수 있는,
    슬래그 제거 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저장부에 상기 물 또는 스팀을 공급하는 급수 장치를 더 포함하는,
    슬래그 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연소로 내벽에 생성된 슬래그를 연질화하는 첨가제가 저장되는 제2 저장부를 더 포함하는,
    슬래그 제거 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 저장부와 상기 제2 저장부를 연결하는 유로 상에 구비된 밸브를 더 포함하며,
    상기 밸브는 상기 제1 저장부에 저장된 상기 물 또는 스팀이 상기 제2 저장부로 유입되도록 상기 물 또는 스팀의 유동을 제어하는,
    슬래그 제거 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 저장부에서 유입된 상기 물 또는 스팀 및 상기 제2 저장부에 저장된 상기 첨가제가 혼합된 첨가제 혼합물을 분사할 수 있는 제2 노즐을 더 포함하는,
    슬래그 제거 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 노즐에서 분사되는 상기 첨가제 혼합물의 분사 각도 또는 분사량은 조절될 수 있는,
    슬래그 제거 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 노즐에서 분사되는 상기 물 또는 스팀 및 제2 노즐에서 분사되는 상기 첨가제 혼합물은 독립적으로 분사될 수 있는,
    슬래그 제거 장치.
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