KR100213303B1

KR100213303B1 - 물 유동층을 이용한 배기가스 폐열회수용 열 교환기

Info

Publication number: KR100213303B1
Application number: KR1019970009185A
Authority: KR
Inventors: 박영재; 박상일; 최경빈; 하영진; 박기호; 고창복; 김정근
Original assignee: 최수현; 재단법인한국에너지기술연구소
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1999-08-02
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: KR19980073721A

Abstract

본 발명은 도시가스를 연료로 사용하는 보일러에서 배출되는 배기가스로 부터 다량의 수증기를 함유한 배기가스의 현열과 잠열을 동시에 회수할 수 있는 전열관의 부식 가능성을 줄인 보일러 폐열회수용 열교환기로서 전열관 밑에 다공판을 설치하여 전열관 배열사이에 물유동층을 형성하므로서 배기가스와 물이 직접 접촉하여 열교환하게 되므로 전열면에서의 전열을 촉진하여 열교환기의 크기를 적게하여 경제성을 향상시킨다.

일반 열교환기에서 나타날 수 있는 배기가스에 포함된 산성수분의 반복적인 응축 및 건조에 의한 농축현상으로 부식현상을 방지하기 위하여 열교환기의 작동시간 동안에 전열면을 물에 잠긴 상태로 유지하기 위하여 물유동층을 형성시켜 주므로서 열교환기 전열관의 수명을 크게 연장시킬 수 있게 한 것이다.

Description

물유동층을 이용한 배기가스 폐열회수용 열교환기

본 발명은 도시가스를 사용하는 보일러로 부터 배출되는 다량의 수분을 함유한 배기가스로 부터 효율적으로 폐열을 회수하기 위한 내 부식성의 폐열회수용 열교환기에 관한 것이다. 좀 더 자세하게는 열교환기의 전열관이 배열된 가스통로의 하부에 다공판을 설치하고 다공판위의 전열관 사이에 물을 공급하므로서 배기가스가 다공판을 통과하면서 전열관 사이에 물 유동층을 형성하게 된다. 이와같이 형성된 물유동층에서 다량의 수분을 함유한 고온의 배기가스가 물과 직접 접촉하여 급속한 열전달로 인하여 배기가스와 물 유동층은 급속하게 열평형을 이룬다. 이러한 과정에서 배기가스에 함유된 수분은 물 유동층에서 응축하게 되어 물 유동층은 배기가스에 함유된 현열과 함께 다량의 잠열까지 효과적으로 회수 할 수 있게 한 것이다.

본 발명은 도시가스를 사용하는 보일러로 부터 배출되는 다량의 수분을 함유한 배기가스로 부터 효율적으로 폐열을 회수할 수 있는 열교환기에 관한 것으로 종래의 보일러 배기가스의 폐열회수용 열교환기에서는 배기가스 내에 함유된 부식성의 염소성분이 열교환기의 전열면에 응축되어 부식현상을 일으킬 수 있는 동시에 일반 열교환기에서는 열교환기의 상태변화에 따라 전열면에서의 염소성분을 함유한 산성수분의 반복적인 응축 및 건조에 의한 농축현상이 나타날 수 있으므로 일반 강관은 물론 스테인레스 강관을 사용한 전열관에서 부식현상을 나타낼 수 있는 문제점이 있을 뿐아니라 열교환기의 전열관이 배관된 사이로 배기가스가 직접 통과하게 되므로 전열면 사이의 열전달계수가 비교적 낮아 열교환기의 전열면의 크기가 커지게 구성되는 문제점이 있었다.

본 발명은 위에서 설명한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 열교환기의 전열관이 배열된 가스통로의 하부에 다공판을 설치하고 다공판위의 전열관 사이에 물을 공급하므로서 배기가스가 다공판을 통과하면서 전열관 사이에 물유동층을 형성하게 된다. 이와 같이 형성된 물유동층에서 다량의 수분을 함유한 고온의 배기가스가 물과 직접 접촉하여 급속한 열전달로 인하여 배기가스와 물 유동층은 급속하게 열평형을 이룬다. 이러한 과정에서 배기가스에 함유된 수분은 물 유동층에서 응축하게 되어 물 유동층은 배기가스에 함유된 현열과 함께 다량의 잠열까지 효과적으로 회수할 수 있게 하는 동시에 열교환기의 전열면 사이에 물 유동층이 형성되므로서 열교환기가 작동하는 동안에는 전열면이 항상 물속에 잠겨 있게 된다. 따라서 산성수분의 농축으로 인한 전열관의 부식현상을 방지할 수 있어 수명을 크게 연장시킬 수 있으며, 전열관 배열 상부에 물 유동층 높이를 일정하게 유지하기 위하여 열교환기 작동시간 도안에 급수관을 통하여 소량의 물이 자동으로 급수되게 하는 동시에 배수구를 설치하여 일정수위 이상의 물을 배수구로 배수시키므로서 물유동층의 높이를 항상 일정하게 유지시킬 수 있게 한 것이다.

제1도는 본 발명의 종단면도.

제2도는 본 발명의 A-A선 단면도.

제3도는 본 발명의 다른 예의 요부단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 사각동체 1a : 사각외동체

1b : 저면판 2 : 열교환 전열관

3 : 다공판 4 : 물방울 제거필터

5, 5a : 배기가스 유도통로 6 : 배기유도구

7 : 자동조절밸브 7a : 급수관

8 : 배기가스 배출구 9 : 바이패스관

10 : 배수구

이상과 같이 된 본 발명을 실시예시도에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

사각동체(1)의 내저부에 설치된 열교환 전열관(2)의 저면에 다공판(3)을 설치하고 사각동체(1)의 상부에는 물방울 제거필터(4)를 설치한 것에 있어서, 사각동체(1)의 일측으로 배기가스 유도통로(5)가 형성되게 배기유입구(6)를 갖은 사각외동체(1a)를 설치하여 다공판(3)의 저면에서 점차 경사진 배기가스 유도통로(5a)를 이루도록 사각외동체(1a)의 저면판(1b)을 경사지게 형성하되 사각외동체(1a)와 저면판(1b)의 연접부를 도1에서와 같이 각이 지게 연접하거나 도3에서와 같이 호형으로 만곡시켜 연접시킨다. 그리고 사각동체(1)의 상부 일측에 자동조절밸브(7)를 설치한 급수관(7a)을 연관시켜 이 급수관(7a)을 통하여 적당량의 물을 공급시키면 보일러 가동 중지시에는 다공판(3)을 통하여 배기가스 유도통로(5)(5a)와 사각동체(1)의 저면에 모여 있다가 보일러 가동시에는 공급되는 배기가스압력에 의하여 다공판(3)을 통하여 사각동체(1)의 내부로 유입되어 열교환 전열관(2) 사이에서 물 유동층을 형성하게 된다. 여기에서 도3에서와 같이 사각외동체(1a)와 저면판(1b)의 연접부를 호형으로 만곡시켜 연접시키면 배기가스 유도통로에 들어있는 물을 다공판(3)을 통하여 효과적으로 사각동체(1)에 유입시켜 물 유동층을 형성할 수 있다. 그리고 사각외동체(1a)의 상부에는 배기가스 배출구(8)와 연통되게 배기가스 바이패스(by-pass)관(9)을 설치하여 고온의 배기가스 일부가 바이패스관(9)을 통하여 배기가스 배출구(8)로 유입되어 물방울 제거필터(4)를 통과하여 나오는 냉각된 수분 포화상태의 배기가스와 혼합되므로 수분이 포화된 배기가스는 재가열되어 배기가스 배출구(8) 이후의 연도에서는 배기가스의 냉각으로 인한 수분의 응축현상을 방지한다.

미설명 부호 10은 배수구이다.

본 발명은 사각동체(1)의 내저부에 설치된 열교환 전열관(2)의 저면에 다공판(3)을 설치하고 사각동체(1)의 상부에는 물방울 제거필터(4)를 설치하며, 사각동체(1)의 일측으로 배기가스 유도통로(5)가 형성되게 배기유입구(6)를 갖은 사각외동체(1a)를 설치하여 다공판(3)의 저면에서 점차 경사진 배기가스 유도통로(5a)를 이루도록 사각외동체(1a)의 저면판(1b)을 경사지게 형성하고 사각동체(1)의 상부 일측에는 자동조절밸브(7)를 설치한 급수관(7a)을 연관시켜 이 급수관(7a)을 통하여 적당량의 물을 공급시키면 보일러 가동 중지시에는 다공판(3)을 통하여 배기가스 유도통로(5)(5a)와 사각동체(1)의 저면에 모여 있다가 보일러 가동시에는 공급되는 배기가스압력에 의하여 다공판(3)을 통하여 사각동체(1)의 내부로 유입되어 열교환 전열관(2) 사이에서 물 유동층을 형성하게 된다. 이와같이 형성된 물 유동층에서 다량의 수분을 함유한 고온의 배기가스가 물과 직접 접촉하여 급속한 열전달로 인하여 배기가스와 물 유동층은 급속하게 열평형을 이룬다. 이러한 과정에서 배기가스에 함유된 수분은 물 유동층에서 응축하게 되어 물 유동층은 배기가스에 함유된 현열과 함께 다량의 잠열까지 효과적으로 회수할 수 있다. 위에서와 같이 열교환 전열관(2)의 사이에 물 유동층을 형성하므로서 물 유동층과 열교환 전열관(2) 사이의 열전달계수는 급격히 상승하여 열전달이 촉진되며, 따라서 전열면적의 필요면적이 크게 적어진다. 열교환 전열관(2)의 재질로서는 스텐레스강이 요구되나 비경제적인 핀튜브 등의 전열촉진관을 사용할 필요가 없고 일반 스틸강관을 사용할 수 있으며 또한 열교환기의 크기가 적어져 경제성이 향상된다.

그리고 열교환기의 전열면사이에 물 유동층이 형성되므로서 열교환기가 작동하는 동안에는 전열면이 항상 물속에 잠기게 된다. 따라서 산성수분의 농축으로 인한 전열관의 부식현상을 방지할 수 있어 수명을 크게 연장시킬 수 있으며 전열관 배열 상부에 물유동층 높이를 일정하게 유지하기 위하여 열교환기 작동시간 도안에 자동 조절밸브(7)를 설치한 급수관(7a)을 통하여 소량의 물이 자동으로 급수되게 하는 동시에 배수구(10)를 설치하여 일정 수위 이상의 물을 배수구(10)로 배수시키므로서 물 유동층의 높이를 항상 일정하게 유지시킬 수 있으므로 열교환 효과를 더욱 높힐 수 있는 것이다.

그리고 사각외동체(1a)의 상부에는 배기가스 배출구(8)와 연통되게 배기가스 바이패스(by-pass)관(9)을 설치하여 고온의 배기가스 일부가 바이패스관(9)을 통하여 배기가스 배출구(8)로 유입되어 물방울 제거필터(4)를 통과하여 나오는 냉각된 수분 포화상태의 배기가스와 혼합되므로 수분이 포화된 배기가스는 재가열되어 배기가스 배출구(8) 이후의 연도에서는 배기가스의 냉각으로 인한 수분의 응축현상을 방지하므로서 배기가 원활하게 이루어져 보일러의 연소효율을 높히는 이점이 있는 것이다.

Claims

사각동체(1)의 내저부에 설치된 열교환 전열관(2)의 저면에 다공판(3)을 설치하고 사각동체(1)의 상부에는 물방울 제거필터(4)를 설치한 것에 있어서, 사각동체(1)의 일측으로 배기가스 유도통로(5)가 형성되게 배기유입구(6)를 갖은 사각외동체(1a)를 설치하되 다공판(3)의 저면에서 점차 경사진 배기가스 유도통로(5a)를 이루도록 사각외동체(1a)의 저면판(1b)을 경사지게 형성하여 배기가스가 다공판(3)을 통과하여 사각동체(1)내로 공급될 때 열교환기 전열관(2) 배열사이에 일정한 높이의 물유동층이 형성되게 하여서 된 물 유동층을 이용한 배기가스 폐열회수용 열교환기.
제1항에 있어서 사각동체(1)의 일측으로 배기가스 유도통로(5)가 형성되게 배기유입구(6)를 갖은 사각외동체(1a)를 설치하여 다공판(3)의 저면에서 점차 경사진 배기가스 유도통로(5a)를 이루도록 사각외동체(1a)의 저면판(1b)을 경사지게 형성하되 사각외동체(1a)와 저면판(1b)의 연접부를 호형으로 만곡시켜 연접시켜서된 물 유동층을 이용한 배기가스 폐열회수용 열교환기.
제1항에 있어서 사각외동체(1a)의 상부에는 배기가스 배출구(8)와 연통되게 배기가스 바이패스관(9)을 설치하여 고온의 배기가스 일부가 바이패스관(9)을 통하여 배기가스 배출구(8)로 유입되어 물방울 제거필터(4)를 통과하여 나오는 냉각된 수분 포화상태의 배기가스와 혼합되므로 수분이 포화된 배기가스는 재가열되어 배기가스 배출구(8) 이후의 연도에서는 배기가스의 냉각으로 인한 수분의 응축현상을 방지케 하여서된 물유동층을 이용한 배기가스 폐열회수용 열교환기.
제1항에 있어서 전열관(2)의 배열 상부에 물유동층 높이를 일정하게 유지하기 위하여 열교환기 작동시간 동안에 자동조절밸브(7)를 설치한 급수관(7a)을 통하여 소량의 물이 자동으로 급수되게 하는 동시에 배수구(10)를 설치하여 일정수위 이상의 물을 배수구(10)로 배수시키게 한 물 유동층을 이용한 배기가스 폐열회수용 열교환기.