KR100294325B1 - 석탄보일러장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄보일러가 석탄을 과소비하고 공해를 동반하는 종래의 폐단을 제거하기 위하여 연소효율 앙양방법으로 낙하하는 석탄에 충분한 공기 공급과 하측 취입공기로서 와류시키며, 증기화 기능 앙양을 위하여 다수의 수관속에 화관을 각각 통과시켜서 화관속으로만 화열이 고압, 고속으로 통과하게 함으로 수관속의 소량의 물을 급가열하는 구조로 구성하고, 배출가스의 탈황을 위하여 집진기에서 배기가스에 석회분말을 분사하면서 버너로 재소각시키는 탈황장치를 형성하고, 다시 석회를 분무하는 연립수직관을 통과시켜서 이산화탄소를 탄산칼슘으로 변화시키어 무공해 배기를 배출하게 하므로서 연소효율이 높고 증기발생 기능이 강하며, 탈황작용과 유독가스를 흡수제거하는 작용이 탁월한 무공해 석탄보일러.

Description

석탄보일러 장치

본 발명은 연소력과 증기화 기능이 우수하며 탈황장치와 CO₂가스 제거장치를 구성하여 배출가스로 인한 공해가 없는 무공해 석탄보일러장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래에 보급되고 있는 소형 보일러는 원형탱크내에 튜브관을 삽입하여 튜브관내로 화열이 통과하여 열효율이 좋도록 하였으나 대형화에는 증기압 관계로 불가능하여 대형 석탄보일러들은 다음과 같은 PCB형, BFBC형, CFBC형등 이외 여러가지가 있으나 이들은 화실내를 튜브관에 물을 내통시키는 튜브관식으로 이 튜브관을 동체벽면에만 일열로 나열되어 있고, 몸체에 회동장치가 없어서 튜브관을 길게 할수 없으므로 열효율이 저조할뿐 아니라 연소실이 별도로 있지 않고 내부전체가 화실로 되어서 하부온도비보다 상부온도가 더 높게 되어서 수관을 가열하는 과정에서 수증기 발생에 이용되지 못하고 배기되어 필요없는 싸이크론으로 고온이 배출하게 되어서 열손실이 막대하고 화실내에 유류분사나 석회분 분사 및 가열된 모래분사등이 조연수단을 부가하여도 배기열 과다로 인하여 연소효율을 높이지 못하며 아황산가스, 일산화탄소, 이산화탄소등 유독성가스를 다량으로 발산하는등 튜브관을 배치면에서나 연소실의 연소여건 구성상 제결점이 많았던 것이다.

본 발명은 위와 같은 종래의 제결점을 근본적으로 해결 및 보완하기 위하여 재래식 구조와는 상반되는 장치로서 연소실을 몸체 좌단에 설치하여 연소환경을 높이도록 하여 거의 완전 연소로 일산화 탄소의 발생율을 대폭 감소시키고 몸체내에 수관을 다수 장치하고 수관속으로 화관들을 배관, 이중관이 되게 하여 증기압을 저지함으로 대형화가 가능하고, 증기화 기능을 배가하며, 탈황장치를 구성하여 아황산가스, 이산화탄소 등 유독가스의 발산을 제거하여 공해발생이 거의 제거되고 저질석탄 저질무연탄 등과 유류, 가스도 겸용 연소 시킬수 있는 석탄보일러를 제공한 것이다.

도1은 본 발명의 사시도

도2는 본 발명의 A-A선 단면도

도2의 "가"는 본 발명의 일부(내화벽돌)사시도

도3은 본 발명의 B-B선 확대단면도

도4는 본 발명의 C-C선 확대 단면도

도5는 본 발명의 D-D선 확대 단면도

도6은 본 발명의 탈황장치 28의 확대 단면도

도7은 본 발명의 E-E선 확대 단면도

도8은 본 발명의 F-F선 확대 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 후렴 2 : 부라켓

3 : 핀 4 : 받침대

5,6 : 유압실린더 8 : 열탕순환관

9 : 수관 9': 열탕순환관

9a : 우수실관 9b : 화관

9c : 좌수실관 10 : 건증실

11 : 연결수관 11a : 증기집합관

11b : 건증기관 12 : 증기탱크

12': 순환 수집합관 13 : 공기압축실

13a : ㄷ 자수관(로스톨역할을 함) 13b : 연소실

13c : 석회석받이 14 : 후벽

14': 지지판 15 : 내화벽돌

16 : 통풍홈 17,17': 투입구

18,18',18″: 스크류 19 : 하락통로

20 : 석회석 하락구 21 : 랙기어

22 : 증기재가열관 23 : 잔재회수관

24 : 횡간 25 : 소제봉

25': 소제관 26 : 회동간

27 : 개폐배출관 28 : 탈황장치

29 : 배기관 29': 배기통

29a : 중앙배기통 29b : 노즐

30 : 싸이크론 31,31': 냉각수장치

32 : 석회싸이로 32a : 배수구

33 : 송풍기 33': 버어너

34 : 급수구 35 : 백휠터

36,37 : 연립수직관 38 : 송풍기

39 : 석회싸이로 40,40': 펌프

41,42 : 송풍기 43,44 : 노즐(분사노즐)

45 : 배출관 45 : 송풍통로

본 발명은 보일러를 구성함에 있어서, 후렴 하측에 부라켓과 유압 실린더를 형성하여 몸체가 평형, 또는 좌우로 회동할 수 있도록 함으로써 제작, 점검수리를 간편하게 하며 좌 우, 수실관 사이에 수관과 화관을 길게 연장토록 하여서 화염이 통과하는 거리가 길어서 입구 온도비보다 배기열은 아주 근소하게 하였고 도8과 같이 이들 좌, 우 수실관을 여러겹으로 세워서 우 수실관은 증기탱크에 도3과 같이 연결하고 좌,수실관은 도4와 같이 순환수 집합관에 연결하였고 수관속에 화관을 삽입시킨 이중관을 좌, 우 수실관내에 촘촘히 다수 배관하고 연소실 상측에 석탄을 석회석 바지에 공급, 하락시키면 큰 괴탄은 ㄷ자형 수관경사에 따라 로스톨에 낙하되고 적은 탄은 ㄷ자 수관들사이로 낙하되어 내화벽돌에 부딪치게 하고, 내화벽돌의 경사대 사이의 통풍홈으로 압축되는 공기를 분사시키며, 하측에서도 공기를 분사토록 하여 석탄을 완전연소토록 하고, 배기가스는 싸이크론에서 재가열되어 탈황이 되고, 유독가스를 제거하여 무공해 석탄보일러를 구성한다.

즉, 보일러의 여러 후렴(1)의 하면에 부착한 여러 브라켓(2)들을 받침대(4)에 핀(3)으로 축착하고 몸체의 경사각도를 조절하는 유압실린더(5)들을 장착하였으며 몸체 좌우양단에 각기 화관(9b)들이 관통한 좌,우 수실관(9c)(9a)를 장착하고, 사이마다 열탕순환관(9')를 간격이 좁게 설치하며, 연소실(13b)에 내통시킨 화관(9b)들은 좌 수관실(9c)를 지나 수관(9)속과 우 수관실(9a)을 통과하여 건증실(10)에 내통되게 하고, 후렴(1) 하부의 잔재회수관(23)은 연소실(13b)의 하측으로 내통되게 하였다.

연결수관(11)들은 하단 좌 수실관(9c)에 연결하고, ㄷ자 수관(13c)은 연소실(13b)내로 통과하여 상단은 절곡시켜 순환수집합관(12')을 거쳐서, 좌 수관실(9c)에 연통시켜, 열탕수 순환작용을 촉진하고, 연소실(13b) 하단에 탄재배출용 개폐배출판(27)을 구성한다.

연소실 후벽(14) 내측을 공기압출실(13)에는 수개의 지지판(14')을 후벽(14)에 고착하고 이들 사이에 통풍홈(16)이 형성된 내화벽돌(15)을 다층으로 적층하여 이들 사이에 내화세멘트로 접착 후, 그 상측에 석회석받이(13C:ㄷ자 수관겸용)를 접속케 하고, ㄷ자 수관(13a) 하측 로스톨 사이에 소제판(25')을 부착한 소제봉(25) 다수를 횡간(24)에 연결고정하여 회동간(26)이 회동하면서 소제봉(25)을 받쳐주게 구성하여, 다수의 유압실린더(6)들로서 수평으로 진퇴시켜 로스톨 사이에 돌출된 소제관(25')들이 탄재를 간헐적으로 로스톨에서 낙하되게 하고 괴탄재를 밀어내릴 때 개폐배출판(27)은 괴탄재에 밀려 열렸다가 괴탄재가 낙하되면 자동으로 닫힌다.

이렇게 연소되는 과정에서 발생하는 탄재 대부분이 스크류(18″)에 의하여 외부로 배출되고, 싸이크론에는 미세분진만 배출된다.

송풍기(41)는 공기압축실(13)에 공기를 압입하고 송풍기(42)는 송풍통로(46)를 통해 연소실(13b)의 하부에서 상향으로 분사되고 석탄투입구(17')에 투입된 석탄은 스크류(18')에 의해 균배되어 연소실(13b)에 균일하게 하락공급되며 석회석투입구(17)로 투입된 석회석 역시 스크류(18)에 의해 하락통로(19)에서 연소실(13b)의 예열로 가열되어 적정가열 상태에 따라 낙하토록 조정하는 랙기어(21)(타이머로 장치)에 의해 하락구(20)로 굴러내리거나 차단케 되는데 굴러내린 즉시 밑에서 물을 뿌려 분말로 된 소석회를 얻게 하였다.

후렴(1)상의 좌,우 수실관(9c)(9a)들을 연통시킨 열탕순환관(8)은 증기탱크(12)와 좌 수실관(9c)상단의 순환수 집합관(12')에 연결하고 열탕순환관(9')은 좌,우 수실관(9c)(9a)사이로 열탕순환이 되게 하고 건증기관(11b)들은 건증실(10)내에서 굴곡시켜 건증기 집합관(11a)에 집합된 건증기는 증기 이송관(7)으로 내통 구성하는데, 앞쪽 외부로 연장하여 연소실(13b)의 상단부로 건증기 재가열관을 수평연장하여 증기 배출관(10')으로 배출토록 하고, 건증실(10)내에 모인 화열은 배기관(29)으로 배출되어 싸이크론(30)의 중심부에 배기통(29a)을 연결, 하단을 하향 연장하며 송풍기(33)의 송풍관은 싸이크론(30) 하단내부로 돌입시켜서 배기통(29a)의 하단에 근접시키고, 송풍기(33)의 송풍관 위에 소석회 싸이로(32)을 장착, 소석회를 투입케 하며 버어너(33')를 설치하여 노즐(29b)로 중앙배기통(29a)의 하단 중심부에 화염을 품게한 탈황장치(28)을 설치한다.

여기서 일산화탄소는 고온에 이산화탄소로 변화되고 아황산은 아황산칼슘으로 변화된다.

중앙배기통(29a)의 상단은 배기통(29')을 옆으로 만곡시켜서 냉각수장치(31) 온도는 백휠터(35) 이용온도에 맞게 조절하고 냉각수장치(31')는 C0₂가 물에 녹는 온도에 적합하도록 조절하여 냉각수장치(31)의 하단으로 아황산칼슘이 배출되고 일부가 백휠터(35)에서 먼지 및 아황산칼슘에 부착된 중금속이 집진케 하였으며 연립수지관(36)은 펌프(40)수압에 의해 노즐(43)로 분사된 물에 C0₂가 일차 녹게하고, 연립수직관(36)을, 연립수지관(37)과 상단을 연통시키고 연립수지관(37)내에 석회석을 다단계로 쌓아올린(미 도시됨) 석회석 사이로 물이 흘러 내리게 하고 상단에 소석회 투입싸이로(39)와 송풍기(38)을 장착하고 소석회싸이로(39)에서 소석회를 투입 송풍하면, 물에 녹은 C0₂를 펌프(40')압력에 의하여 노즐(44)로 분사하면 소석회를 만날 때 탄산칼슘이 되게 하였고 소석회 대신 가성소다수를 분사하면 탄산소다가 되게 하였으며 이들 부산물은 폐기하지 않고 양질의 공업용 자재로 활용된다.

이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본원 보일러 여러 프레임들 하단에 부라켓들과 다수개 유압실린더(5)를 장착하여 좌,우 수실관(9c)(9a)사이의 수관 및 화관들을 길게 배관하여 화열이 (불꽃과 고온의 열)이 화관속으로만 통과함으로 열효율이 배가되고, 가동시 석탄하락통로에서 낙하된 석탄이 경사면을 구성한 ㄷ자 수관 상단의 석회받이(13C)에 낙하되면 큰 괴탄은 로스롤에 쌓이고 분말과 작은 덩어리는 ㄷ자 수관들 사이로 빠져나와 내화벽돌(15)의 경사면에 낙하하면 다수의 통풍홈(16)으로 분사하는 압축공기에 밀려서 연소실(13b)의 상층에 붙어서 부유하면서 연소하는데, 이때 공기공급이 충분하여 거의 완전 연소가 되고 발열작용이 강하며, 하측에서 분사되는 공기의 부력과 압축공기의 고압으로 화염이 화관(9b)속으로 고속으로 통과되어 화관내에 강한 마찰열을 발생하면서 화관을 가열하는데 마찰 강도에 따라 열효율을 배, 이상 차이가 되게 하였으므로 이를 둘러싸고 있는 수관(9)속의 물을 급격히 고열을 가하므로 수증기가 폭발적으로 발상, 증기탱크(12)에 고압의 증기가 집합되어 건증기관(11b)들을 통과하는 과정에서 건증실(10)에서 건증된 고압의 건증기가 증기집환관(11a)에 모여서 증기이송관(7)을 거쳐 연소실(13b)의 상측의 화염을 통과, 재가열되어 고압의 건증기가 배출관(10')을 통해 연결된 터빈(미 도시됨)을 가동시킨다.

이 과정에서 발생하는 증기는 증기탱크(12)에 압축되고 열탕수는 열탕순환관(8)(9')들을 통하여 좌 수실관(9c)들로 순환되며 열탕수는 고온에서 저온쪽으로 순환작용을 하는데, 연결수관(11)들도 증기화 작용에 가세하여 증기화 기능을 증가시키고, 건증실(10)에 모이는 미연소잔재는 잔재회수관(23)을 거쳐 연소실(13b)에 회수되어 재연소되게 하고 이들은 연소 상태에 따라 탄재 이송 스크류(18″)에 연결시켜 배출하기도 한다.

화관(9b)으로 배출된 화열은 싸이크론(30)으로 진입하여 중앙의 배기통(29a)를 감싸고 선회, 하강하여 하단개구부로 상승, 배출되는데 이때 소석회싸이로(32)에서 공급하는 소석회분말은 송풍기(33)가 송풍관에서 소석회분말을 중앙배기통(29a)의 하단에 강하게 취입하며, 동시에 버너(33')의 화염이 소석회분말과 일산화탄소 및 아황산까스 등을 고온에서 일괄 소각하여 산화되며 일산화탄소는 이산화탄소로 전환되고, 아황산은 소정의 반응을 일으키게 하여 아황산 칼슘이 되게 하는 탈황장치(28)의 강력한 탈황작용을 나타내는 것이다.

이렇게 탈황된 가스가 아황산칼슘이 되어 배기통(29')을 통과, 냉각수장치(31)하단 배출구를 통하여 낙하되고 일부가 백휠터(35)를 거치는 과정에서 미립자 탄재나 소석회에 부착된 중금속 등이 집진되고 연립수집관(36)을 통과하는 가스에 물세례를 주어 일차 CO₂가 녹게 하고 CO₂가 물에 녹은 물은 연립수직관(37)을 통과하는 과정에서 소석회가 분사세례를 하고 석회석을 씻겨 내려가게 함으로 이산화탄소가 적정배합과 적온에서 물에 녹아 탄산이온이 되어 칼슘이온과 결합시켜 탄산칼슘이 되게 된다.

이렇게 배출되는 가스체는 무공해 가스를 배출하게 되는데 연소 과정에서 완전한 연소여건과 수관(9)속으로 화관(9B)을 통과시켜서 이중관이 되어 증기압을 저지하고 탈황장치(28)에서 유독, 유해한 가스를 완전히 흡수하는 것이다.

이와 같이 된 본 발명은 좌,우 수실관 사이에 수관과 화관이 이중관이 된 이들을 좁은 간격으로 조밀하고 구성된 좌,우 수실관을 여러 겹으로 구성하였으므로 대형화에도 압력은 근소하고 유압장치로서 좌,우 회동할 수 있으므로 이들 이중관을 길게 연장하여 제작, 점검, 수리가 용이하고 수관과 화관을 길게하므로 대류작용은 더욱 증가되어 강한 흡인력을 발생시켜 화염이 화관내를 고속으로 통과할 때 강한 마찰을 일으켜 열효율을 증가케 하여 증기화 기능이 좋아지며, 이와 같은 구조로서 연소실의 고온이 통과할 때 화열은 점점 저온으로 변하고 배기열은 아주 낮은 온도로 배출되어 석탄소비감소 효과로 인하여 석탄소요가 감소된 만큼 아황산가스나 이산화탄소도 감소되고 증기화 되는 시간 단축과 탈황장치의 작용으로 아황산가스가 아황산 칼슘으로 변형시키고 가스 흡수장치로 이산화탄소가 탄산칼슘과 탄산소다가 되는 획기적인 장치로서 대기 오염 방지의 효과적인 것이다.

Claims (2)

1. 후렴의 좌우 양단에 좌,우 수실관(9c)(9a)들을 설치하여 중간에 다수의 수관(9)과 화관(9b)을 좌단은 좌 수실관(9c)에, 우단은 우 수실관(9a)에 각각 연통시키고, 연소실(13b)로 개구시킨 화관(9b)들은 좌,우 수실관(9c)(9a)에 관통하여 우측건증실(10)에 내통시키며, 건증실(10)후단열으로 배기관(29)을 탈황장치(28)에 연결하는데 집진용 싸이크론(30)에 연통하고, 우수실관 상단의 증기탱크(12)에는 건증기관(11b)와 연통시켜 건증실(10)에 장치하여 반대측의 증기집합관(11a)에 연결하고, 증기 이송관(7)은 건증기 재가열관(22)에 연결하여 연소실(13b)의 상층으로 건증기 재가열관(22)을 배관하여 화염을 통과한 증기배출관(10')으로 배출공급케 한 다음, 배기관(29)을 집진용 싸이크론(30)의 후벽 내면에 연통시키되 배기통(29a)을 중앙 하향으로 배관하며, 송풍기(33)의 송풍관을 싸이크론(30) 하단으로 굴곡 배관하여 상향 만곡한 선단을 중앙배기통(29a)의 하단과 근접 대향시키고 송풍관내로 소석회투입 싸이로(32)를 설치하여 버어너(33')의 분사 파이프를 송풍관속으로 내통시켜서 중앙 배기통(29a)의 하단에 노즐(29b)를 장치하고 싸이크론(30)의 상단에서 중앙배기통(29a)을 만곡연장한 배기통(29') 일측에 냉각수장치(30)(31')를 설치하고, 그 하단은 연립수직관(36)(37)과 사이에 펌프(40)(40')를 장치하여 노즐(43)(44')을 연립수직관 내부에 각기 연결배관 후 연립수직관(37) 상단은 송풍기(38)와 석회 투입사이로(39)를 형성한 석탄보일러 장치.
2. 제1항에 있어서, 연소실(13b)과 공기압축실(13)사이에 통풍홈(16)을 구성한 내화벽돌(15)을 경사지게 적층하고 ㄷ자 수관(13a)들과, 소제관(25')들이 부착된 소제봉(25)들을 횡간(24)에 고정 설치하여 유압실린더(6)들이 전,후진할 때 받쳐주게 하고 랙기어(21)에 의하여 하락구(20)을 개폐케 한 석탄보일러 장치.