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KR890003701B1 - 유동상 반응 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

유동상 반응 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR890003701B1
KR890003701B1 KR1019860009582A KR860009582A KR890003701B1 KR 890003701 B1 KR890003701 B1 KR 890003701B1 KR 1019860009582 A KR1019860009582 A KR 1019860009582A KR 860009582 A KR860009582 A KR 860009582A KR 890003701 B1 KR890003701 B1 KR 890003701B1
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Abstract

내용 없음.

Description

유동상 반응 장치 및 그 제어 방법
제1도는 본 발명의 한 가지 실시예의 한 유동상 반응 장치(fluidized bed reactor apparatus)의 제2도의 A-A선에 따른 개략적 수직 단면도.
제2도는 제1도의 화살표(B) 방향에서 본 개략적 입면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5 : 반응실 13, 14, 15 : 귀환 덕트
23, 24, 25 : 조절밸브
본 발명은 반응실로부터 배출되는 가스로부터 반응실로 재순환될 고체를 분리시키고 반응실에 포함되는 열전달 표면에 의하여 반응기로부터 열을 제거하여 유동상 반응 장치(fluidized bed reactor apparatus)의 작동을 제어하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 유동고체의 원하는 분산 밀도를 얻어, 반응실의 높이 차이에 따라 원하는 열전달이 이루어지도록 적어도 2다른 높이에서 재순환되는 고체 유동이 제어되는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 상술한 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
최적 연소 및 반응 조건(예 : SO2흡수)에 도달시키기 위해서는 유동상 반응실 내에 정확한 온도를 발생시켜이 온도를 안정하게 유지시킬 필요가 있다. 그러나 연료의 발열량이나 반응실의 부하가 변하면 문제가 생긴 다.
미국 특허 제4, 165, 717호에는 1차 공기와 2차 공기의 비율 및 체적을 변화시켜 분산 밀도를 변화시키면 반응기 내에 설치된 냉각 표면으로의 열전달이 어떤 영향을 받는가 하는 것이 기재되어 있다. 그러나 1, 2차 공기 비율의 변화는 온도 뿐 아니라 다른 작동 변수에도 영향을 미치기 때문에 그조절 범위가 제한된다.
유럽 특허 명세서 제33808호 및 126001호에는 반응실로부터 배출되는 기체로부터 분리시킨 고체를 반응실내이 높이가 다른 영역으로 재순환시켜 이 영역의 온도를 조절하는 방법이 기재되어 있으나, 이 방법에 의한 온도 조절은 반응실 내로 공급되는 냉각된 고체를 기초로 한 것이다.
본 발명의 목적은 장치의 부하나 연료의 발열량의 변동되는데 관계없이 온도가 소정 수준으로 유지되도록 순환 유동상 보일러(circulating fluidized bed boiler)의 온도 제어 방법을 제공하는 것이다. 이는 반응실 또는 연소실 내를 순환하는 고체의 분산 밀도를 조절함으로써 달성된다. 분산 밀도의 변화는 보일러 냉각 표면에의 열전달을 변화시키고 이에 따라 연소실의 온도가 변화된다.
본 발명에 의하면 반응실로부터 배출되는 가스로부터 반응실 내로 재순환되 고체를 분리시키고, 반응실 내에 설치된 열전달 표면에 의하여 반응기로부터 열을 제거하여 순환 유동상 장치의 작동을 제어하는 방법에 있어서, 재순환되는 고체는 다른 높이에서 반응기 내로 도입되고 유동화 고체의 원하는 분산밀도가 얻어져 반응기 내의 다른 높이 영역에서 원하는 열전달이 이루어지도록 각 고체 유동이 제어되는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
또한 본 발명에 의하면 반응실로부터 배출되는 가스내에 함유된 고체를 분리시키는 수단과 반응실 내로 고체를 재순환시키기 위한 수단 및 반응실의 일부로서 열전달 표면을 포함하는 유동상 반응 장치에 있어서, 상기 재순환 수단에 반응실 내의 다른 높이에 있는 영역내로 고체를 공급하기 위한 여러 개의 귀환 덕트와, 각 귀환 덕트를 통하여 흐르는 고체를 제어하기 위한 수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 유동상 반응장치가 제공된다.
본 발명의 장점은 다음과 같다:
구조가 간단하고 신뢰성이 있다.
작동제어가 간단하다.
조절 범위가 넓다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도시된 증기 보일러에는 공지 방법에 의하여 서로 용접되어 튜브를 이루는 벽(1내지 4)으로 이루어진 반응실(5)이 포함된다. 보일러의 열전단 표면 역할을 하는 튜브는 보일러의 물 증기 시스템(기재되지 않음)과 연결된다.
연결 입구(6)가 반응실(5)이 하부에 연결되어 있다. 또한 1차 공기입구(7) 및 2차 공기 입구(8)도 반응실(5)의 하부에 연결되어 있다. 1차 공기는 공기실(9)로 공급되고, 천공된 분배판(10)에 의하여 전체 반응기의 단면적에 걸쳐 균등하게 분배된다. 반응실(5)의 상부에는 수평축 사이클론 분리기(11)가 설치되어 있다. 가스 통로(12)가 사이클론 분리기와 반응실(5)을 연결시킨다.
사이클론 분리기(11)에는 분리된 고체를 귀환시키기 위하여 3개의 인접한 귀환 덕트(13, 14, 15)가 설치되고, 그 하단(16, 17, 18)은 반응실(5)과 연결된다. 사이클론 분리기(11)는 정화된 가스를 배출시키기 위한 가스배출 파이프(19)를 가진다. 각 귀환 덕트의 하단에는 조절 밸브(23, 24, 25)를 가진 공기 공급파이프(20, 21, 22)가 구비되어 있다. 반응실(5)로부터 배출되어 고체를 함유하는 가스는 와류실(26)과 접선 방향으로 연결된 입구 통로(12)를 통하여 분리기(11)의 와류실(26)로 흘러 들어간다.
와류실의 외주에 농축된 고체는 가스 흐름을 따라 실려 나와 덕트(13 내지 15)를 통하여 반응실 내로 재순환된다. 정화된 가스는 와류실의 단벽에 설치된 파이프(19)를 통하여 배출된다.
귀환 덕트의 L자형 하단에 있는 파이프(20 내지 22)를 통하여 공기가 공급될수 있다, 공기가 공급되지 않으면 그 덕트는 폐쇄되고 반응기로 재순환될 고체는 다른 덕트를 통하여 흐른다. 밸브(23 내지 25)에 의하여 덕트(13 내지 15)의 하단으로 공급되는 양을 조절하면 덕트를 통과하는 고체 유동을 조절할 수 있다. 이 방법으로 각 덕트를 통고하는 고체 유동을 균일하지 않게 할수 있다.
고체는 그 자중에 의하여 낙하하고 가스에 의하여 운반되므로, 고체는 귀환 덕트의 아래로 흐르고 덕트가 폐쇄되지 않게 하는데는 소량의 공기가 필요할 뿐이다.
다른 높이에 위치한 귀한 덕트의 하단은 반응기(5)의 해당 높이영역으로 고체를 공급한다. 귀환 덕트(13)는 부호(I)로 표시되는 최상부 영역으로, 귀환 덕트(14)는 부호(Ⅱ)로 표시되는 중간 영역으로, 귀환 덕트(15)는 부호(Ⅲ)로 표시되는 최하부 영역으로 공급한다. 반응실(5)내로 재순환된 고체는 반응실(5)을 통하여 흐르는 가스로 운반되어 위로 이동한 후 다시 반응기를 빠져 나온다. 덕트(13)를 통과한 고체는 영역(I), 덕트(14)을 통과한 고체는 영역(I, II)을, 덕트(15)를 통과한 고체는 영역(I, II, III)을 통하여 흐른다. 다른 높이에서 반응기로 공급된 고체의 유동은 다른 거리를 이동하고 반응실내에 머무는 기간도 다르므로, 반응기 내에서 재순환된 고체의 유동은 각각 다른 영향을 미친다.
본 발명에 의한 장치에서는 모든 고체를 특정 영역으로 재순환시키거나, 원하는 대로 분할시켜 다른 영역으로 재순환시킬 수 있다. 이 방법으로 반응실(5)내의 고체 분포, 즉, 다른 높이에서의 분산 밀도와 이에 따른 열전달을 조절할 수 있다.
보기 1
발열량 30,000KJ/kg인 석탄을 제1, 2도와 같이 제작된 반응기에 2.9kg/s로 입구(6)을 통하여 공급하였다. 총 공기량 30kg/s 중 1차 공기 60%를 입구(7)와 공기 분배기(10)를 통하여, 2차 공기 40%를 바닥으로부터 약 4m높이에 있는 공기 입구(8)를 통하여 반응기 내로 공급하였다.
반응기의 총 높이는 약 15m였다. 순환 고체는 분배판 보다 1m높이 위치한 덕트(15)를 통하여 재순환되었다. 과잉 공기량 약 22%로 약 800℃에서 연소를 진행시켰다. 벽(1 내지 4)을 거쳐서 37MW가 반응기로 도입되었다. 석탄과 같은 고 발열량을 갖는 연료가 연소될때에는 분배판으로부터 4m 및 10m높이에 있는 덕트(13, 14)를 통하여 고체가 재순환 않는다. 영역(III, II, I)의 평균 분산 밀도는 각각 300, 60, 8kg/㎥였다.
보기 2
낮은 발열량, 즉, 9900KJ/kg으로 석탄의 1/3 정도인 이탄을 연소시키는데 보기 1에서와 동일한 반응기를 이용하였다. 약 34kg/s의 연소공기가 필요한 이탄 9kg/s을 반응기에 공급하였다. 순환고체 약 70%를 덕트(13)를 통해서, 약 30%를 덕트(14)를 통해서 재순환시키고, 과잉 공기량을 약 22%로 하여 평균 온도 920℃가 유지될 수 있었다. 영역(III, II, I)의 평균 분산 밀도는 각각 200, 50, 10kg/㎥였다.
본 발명은 상술한 실시예나 보기로 한정되지 않으며 특허 청구범위를 벗어나지 않고 이들로부터 여러가지 변경을 가할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 반응실로부터 배출되는 가스로부터 반응실 내로 재순환될 고체를 분리시키고, 반응실 내에 설치된 열전달 표면에 의하여 반응기로부터 열을 제거하여 순환 유동상 장치의 작동을 제어하는 방법에 있어서, 재순환되는 고체는 다른 높이에서 반응기 내로 도입되고 유동화 고체의 원하는 분산밀도가 얻어져 반응기 내의 다른 높이 영역에서 원하는 열전달이 이루어지도록 각 고체 유동이 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 반응실로부터 배출되는 가스에 함유된 고체를 분리시키기 위한 수단(11)과 고체를 반응실 내로 재순환시키기 위한 수단 및 반응실의 일부로서 열전달 표면(1 내지 4)이 포함되는 유동상 반응 장치에 있어서, 상기 재순환 수단에 반응실(5)내의 다른 높이에 있는 영역(I, II, III)내로 고체를 공급하기 위한 여러 개의 귀환 덕트(13, 14, 15)와, 각 귀환 덕트를 통하여 흐르는 고체를 제어하기 위한 수단(23,24, 25)이 포함되는 것을 특징으로 하는 유동상 반응 장치.
  3. 제2항에 있어서, 고체 유동을 제어하기 위한 수단(20, 21, 22)에는 귀환 덕트(13, 14, 15)에 설치된 가스 공급 수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제2항에 있어서, 고체를 반응실로 공급하는 3귀환 덕트(13, 14, 15)가 다른 높이로 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
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