KR100556028B1

KR100556028B1 - 미분기의 미분탄 분리장치

Info

Publication number: KR100556028B1
Application number: KR1020030101636A
Authority: KR
Inventors: 김대중
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2006-03-03
Also published as: KR20050069494A

Abstract

본 발명은 화력발전소 및 석탄 열병합발전소 등에서 석탄의 연소를 용이하게 하기 위해 석탄을 미분화하여 버너에 공급하는 미분기의 미분탄 분리장치에 관한 것으로, 석탄이 유입되는 석탄유입관(40)과, 상기 석탄유입관(40)의 둘레에 수직으로 입설된 하우징(42)과, 상기 하우징(42)의 내측에 구비되며 유입된 석탄이 분쇄된 후 입자별로 분리될 수 있도록 다수개의 날개판(44)이 구비된 로타(46)와, 상기 하우징(42)의 상측에 구비되며 상기 로타(46)를 통과한 미분이 배출되는 미분탄 배출관(48)을 포함하여 이루어져 있다.

이러한 구성을 가지는 본 발명은 미분탄 분리장치 내에서의 불균일한 유동으로 인한 미분효율 저하를 대폭 향상시킬 수 있고, 미분탄이 특정 위치에 집중되는 과부하 현상을 개선하여 부품 수명을 향상시키는 동시에 진동 및 소음 또한 감소시킬 수 있는 것이다.

미분기, 로타, 절두원추형, 오리피스

Description

미분기의 미분탄 분리장치 {The Pulverized Coal Classifier of Pulverizer}

도 1은 종래의 미분탄 분리장치를 개략적으로 도시한 도면

도 2a 및 도 2b는 종래의 로타를 도시한 평면도 및 측면도

도 3은 종래의 로타 상면을 절단하여 미분탄의 속도분포를 개념적으로 도시한 평면도

도 4는 본 발명의 미분탄 분리장치를 개략적으로 도시한 도면

도 5는 본 발명의 로타를 도시한 측면도

도 6은 본 발명의 로타의 상부 높이에 따른 미분도 분포를 도시한 그래프

도 7은 본 발명의 오리피스부 유무에 따른 미분탄의 불균일 유동분포를 도시한 그래프

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

40 : 석탄유입관 42 : 하우징

44 : 날개판 46 : 로타

48 : 미분탄 배출관 50 : 보강링

52 : 밀봉부재 54 : 오리피스부

56 : 완충부 58 : 안내부

본 발명은 화력발전소 및 석탄 열병합발전소 등에서 석탄의 연소를 용이하게 하기 위해 석탄을 미분화하여 버너에 공급하는 미분기의 미분탄 분리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로타의 상부를 원통형으로, 하부를 절두원추형으로 형성하고 미분탄 배출관의 입구에 오리피스부를 구비하여 미분탄의 유동분포를 균일하게 하고 미분효율을 극대화하도록 한 미분기의 미분탄 분리장치에 관한 것이다.

일반적으로 화력발전소에서는 미분기를 사용하여 보일러로 유입되는 원료를 분쇄하는데, 수직형 및 수평형이 있다. 첨부도면 도 1에서는 수직형 미분기의 미분탄 분리장치(1)를 도시하고 있는데, 도면에 도시된 바와 같이, 종래 미분기의 미분탄 분리장치(1)는 수직으로 입설된 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 선단부에 구비된 커버(12)와, 상기 커버(12)의 내측으로 내향구비된 로타(14)와, 상기 로타(14)를 수직으로 관통하여 상기 하우징(10)의 내측으로 삽입된 석탄유입관(16) 및 상기 로타(14)의 내부와 연결되면서 상기 커버(12)의 상측으로 설치된 미분탄 배출관(18)을 포함하여 구성되어 있다.

그리고, 상기 커버(12)의 일측에는 로타(14)에 회전력을 제공하기 위한 구동모터(20)와, 이와 연결된 회전부(22) 등이 구비되고, 상기 로타(14)와 상기 미분탄 배출관(18)과의 사이에는 소정의 완충부(24)가 구비된다.

이와 같이 구성된 종래의 미분탄 분리장치(1)의 작동과정을 살펴보면, 우선 상기 석탄유입관(16)을 통해 석탄이 유입되면, 유입된 석탄은 상기 하우징(10)의 내측 하부에 구비된 분쇄기(미도시)에 의해 분쇄되어 이송공기 또는 가스에 의해 위로 상승하고, 분쇄된 석탄은 상기 구동모터(20)를 통해 회전하는 로타(14)를 통과하며 입자크기별로 분리되어, 작은 입자의 미분탄은 상기 미분탄 배출관(18)을 통해 배출되고 기준치 이상인 큰 입자의 미분탄은 다시 하강하여 재분쇄된다.

여기에서, 종래의 로타(14)를 구체적으로 살펴보면, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 로타(14)는 다수개의 날개판(vane)(26)이 소정각도 기울어진 상태에서 절두원추형(截頭圓錐形)으로 배열되어 있는 측벽부(28) 및 상기 측벽부의 하단부를 막아주도록 설치되되 중앙에 통공(30)을 구비한 바닥부(32)로 이루어져 있다.

또한, 상기 로타(14)의 상부(14a)와 중앙부(14b)에는 상기 날개판(26)을 지지 및 보강해주기 위한 보강링(34)이 설치되며, 아울러 상부의 보강링(34)은 상기 완충부(24)의 하단부와 맞닿아 있다.

그런데, 이러한 로타(14)를 포함한 종래의 미분탄 분리장치(1)는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 상기 로타(14)를 통과하는 미분탄은 수직으로 상승하려는 관성력 때문에 절두원추형으로 이루어진 로타(14)의 하측보다는 상측에 편중되어 통과하는 경향이 강하므로, 로타(14)의 상측은 상대적으로 과부하가 발생하여 이로 인해 미분도가 저하되는 문제가 있었다.

또한, 상기 로타(14)의 상부를 절단한 도면인 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 로타(14)를 통과하기 위해 접근하는 미분탄은 상기 미분탄 배출관(18)과 가까운 측은 유속이 빠른 반면, 미분탄 배출관(18)과 먼 측의 유속은 느려져서 속도의 편차의 생길 수밖에 없었고, 이 또한 미분도를 저하시키는 원인이 되었다. 참고로, 도면에서 도시된 화살표의 길이는 당해 구간을 통과하는 미분탄 유동속도의 크기를 나타낸다.

따라서, 이러한 로타(14)를 구비한 종래의 미분탄 분리장치(1)를 이용하여 미분도를 향상시키기 위해서는 로타(14)의 회전속도를 높이는 방법밖에는 없었는데, 이는 과속에 따른 압력손실 및 진동발생의 부차적인 문제가 발생하여 이 방법을 사용하기에는 한계가 있었다.

이에 본 발명은 상술한 종래의 제반 문제점을 감안하여 발명한 것으로서, 상기 로타의 상부를 원통형으로 제작하고 하부는 절두원추형으로 제작하여 상측의 표면적을 넓힘으로써 통과되는 미분탄의 과부하 현상을 해결하고, 상기 미분탄 배출관의 하측에 오리피스부를 형성하여 로타를 통과하는 미분의 불균일한 유동 분포를 개선할 수 있도록 한 미분기의 미분탄 분리장치를 제공함에 발명의 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 석탄이 유입되는 석탄유입관, 상기 석탄유입관의 둘레에 수직으로 입설된 하우징, 상기 하우징의 내측에 구비되며 유입된 석탄이 분쇄된 후 입자별로 분리될 수 있도록 다수개의 날개판이 구비된 로타, 상기 하우징의 상측에 구비되며 상기 로타를 통과한 미분탄이 배출되는 미분탄 배출관, 상기 로타와 미분탄 배출관의 사이에 마련되는 완충부를 포함하여 된 미분기의 미분탄 분리장치에 있어서,상기 로타의 상부는 개방되어 상기 날개판이 주연부를 따라 원통형을 이루며 배열되고, 상기 로타의 하부는 상부의 하단부와 연결되어 상기 날개판이 절두원추형으로 배열된 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 로타의 원통형을 이루는 상부는 전체 로타의 높이의 75% 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 로타와 상기 완충부의 하부 사이에는 상기 로타를 통과하는 미분의 유동 분포를 균일하게 할 수 있도록 하는 오리피스부가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 로타의 하측에는 상기 하우징의 하측으로부터 상승하는 미분탄의 불균일한 유동을 방지하기 위해 내부가 중공이고 원추 형상으로 이루어진 안내부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 로타의 상단부와 상기 하우징의 사이에는 미분탄이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 밀봉부재가 구비된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 기술하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 미분탄 분리장치(100)는 외부로부터 석 탄이 유입되는 석탄유입관(40)과, 상기 석탄유입관(40)의 둘레에 수직으로 입설된 하우징(42)과, 상기 하우징(42)의 내측에 구비되며 유입된 석탄이 분쇄된 후 입자별로 분리될 수 있도록 다수개의 날개판(44)이 구비된 로타(46)와, 상기 하우징(42)의 상측에 구비되며 상기 로타(46)를 통과한 미분이 배출되는 미분탄 배출관(48)을 포함하여 이루어져 있다.

여기에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 로타(46)의 상부(46a)는 개방되어 상기 날개판(44)이 주연부를 따라 원통형을 이루며 배열되고, 로타(46)의 하부(46b)는 상부(46a)의 하단부와 연결되어 상기 날개판(44)이 절두원추형으로 배열되어 있다.

즉, 상기 로타(46)의 상부(46a)에 구비되는 날개판(44)은 전체가 원통형을 이루도록 수직 입설되며, 바람직하게 미분탄의 분리효율을 극대화시키기 위해 약 15°~ 60°각도로 기울어지게 설치된다.

따라서, 로타(46)의 상부(46a) 면적을 증가시킴으로써 유입되는 미분탄의 과부하 현상을 최소화할 수 있는 것이다. 아울러 로타(46)의 하부(46b)에 구비되는 날개판(44)은 수평선(X)과 약 50°~ 80°의 각도를 이루며 절두원추형으로 배열된다.

또한, 상기 로타(46)의 상부(46a)와 하부(46b)가 맞닿아 있는 곳에는 보강을 위한 보강링(50)이 끼워지고, 로타(46)의 상단부에는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(42)과의 사이에서 미분탄이 미분탄 배출관(48)으로 유출되는 것을 방지하기 위한 밀봉부재(52)가 구비된다.

상기 밀봉부재(52)는 바람직하게 탄소강 또는 내마모성 강재를 사용할 수 있으며, 상기 하우징(42)의 하측 접촉면에 요홈(미도시) 등을 요설하여 상기 로타(46)의 상단부가 삽입되도록 할 수도 있다.

또한, 상기 로타(46)와 상기 미분탄 배출관(48)의 사이에는 상기 로타(46)를 통과하는 미분의 유동 분포를 균일하게 할 수 있도록 하는 오리피스부(54)가 형성되어 있다.

상기 오리피스부(54)는 상기 로타(46)와 상기 미분탄 배출관(48)과의 사이에 구비된 완충부(56)의 하측 직경이 상기 로타(46)의 상부 직경보다 작아지므로써 형성된 것으로, 이에 따라 상기 미분탄 배출관(48)과의 이격거리가 상이하게 나타났던 미분탄의 유동분포가 상기 오리피스부(54)를 통해 균일화될 수 것이다.

또한, 상기 로타(46)의 하측에는 상기 하우징(42)의 하측으로부터 상승하는 미분탄의 불균일한 유동을 방지하기 위한 안내부(58)가 구비된다.

상기 안내부(58)는 상기 석탄 유입관(40)이 관통되도록 내부에 통공(58a)이 형성되고, 상승하는 미분탄의 과유동 발생을 최소화시키기 위해 바람직하게 수평선(X')과 30°~ 60°각도를 이루는 원추형(圓錐形)으로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은 상기 로타(46)의 표면적을 최대로 하여 통과되는 미분탄의 과부하 현상을 해결하고, 상기 로타(46) 주변의 유동 분포를 균일하게 함과 동시에 하우징(42) 내측에서 상승하는 미분탄의 불균일한 유동을 시정해준 것이다.

한편, 첨부도면 도 6에서는 원통형을 이루는 본 발명의 로타(46) 상부(46a) 높이와 로타(46) 전체의 높이비에 따른 통과 미분도 분포(200 메쉬 체)를 도시한 그래프로서, x축의 0%는 로타(46) 전체 형상이 절두원추형으로 이루어졌을 경우이고, 100%는 로타(46)의 전체 형상이 원통형으로 이루어졌을 경우를 의미한다.

그래프에 따르면, 75%의 미만, 즉 원통형을 이루는 로타(46)의 상부(46a) 높이가 전체 로타(46) 높이의 75% 이하일 경우에 미분도의 분포가 적절함을 나타내고 있다.

따라서, 바람직하게 원통형을 이루는 상기 로타(46)의 상부(46a)는 전체 로타(46)의 높이의 75% 이하로 형성하도록 한다.

또한, 첨부도면 도 7에서는 상기 하우징(42) 상측의 오리피스부(54) 유무에 따른 유동 불균일비를 미분탄 배출관(48)과 상기 완충부(56)의 높이비를 기준으로 도시한 그래프로써, 상기 완충부(56)의 높이가 상기 미분탄 배출관(48) 직경의 0.5배 미만에서 유동 불균일 분포가 큰 것을 알 수 있다. 아울러, 상기 오리피스부(54)가 구비된 경우가 오리피스부(54)를 구비하지 않은 경우에 비해 유동 불균일 분포가 현저히 적을 것을 알 수 있다.

아울러, 오리피스 역할을 수행하는 완충부(56)의 입구직경(D)에 대한 미분도는 미분탄 배출관(18)의 직경(d)의 4배 이상에서는 거의 유사한 분포를 보여준 반면, 압력손실 분포는 미분탄 배출관(18)의 직경(d)에 2배 미만에서 크게 증가하므로, 완충부(56) 입구직경(D)은 미분탄 배출관(18) 하부 직경(d)의 2~4배가 적절하다 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 미분탄 분리장치 내에서의 불균일한 유동으로 인한 미분효율 저하를 대폭 향상시킬 수 있고, 미분탄이 특정 위치에 집중되는 과부하 현상을 개선하여 부품 수명을 향상시키는 동시에 진동 및 소음 또한 감소시킬 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 과도한 교체비용 없이 종래의 수직형 미분탄 분리장치를 개선할 수 있어 효과가 매우 크며, 나아가 화력발전소 이외에도 시멘트 공장의 시멘트 분말용 미분탄 분리장치 또는 기타 산업용 분쇄기에도 적용이 가능하여 활용폭이 매우 크다 할 것이다.

Claims

석탄이 유입되는 석탄유입관, 상기 석탄유입관의 둘레에 수직으로 입설된 하우징, 상기 하우징의 내측에 구비되며 유입된 석탄이 분쇄된 후 입자별로 분리될 수 있도록 다수개의 날개판이 구비된 로타, 상기 하우징의 상측에 구비되며 상기 로타를 통과한 미분탄이 배출되는 미분탄 배출관, 상기 로타와 미분탄 배출관의 사이에 마련되는 완충부를 포함하여 된 미분기의 미분탄 분리장치에 있어서,

상기 로타의 상부는 개방되어 상기 날개판이 주연부를 따라 원통형을 이루며 배열되고, 상기 로타의 하부는 상부의 하단부와 연결되어 상기 날개판이 절두원추형으로 배열된 것을 특징으로 하는 미분기의 미분탄 분리장치.
제 1항에 있어서,

상기 로타의 원통형을 이루는 상부는 전체 로타의 높이의 75% 이하인 것을 특징으로 하는 미분기의 미분탄 분리장치.
제 1항에 있어서,

상기 로타와 상기 완충부의 하부 사이에는 상기 로타를 통과하는 미분의 유동 분포를 균일하게 할 수 있도록 하는 오리피스부가 형성된 것을 특징으로 하는 미분기의 미분탄 분리장치.
제 1항에 있어서,

상기 로타의 하측에는 상기 하우징의 하측으로부터 상승하는 미분탄의 불균일한 유동을 방지하기 위해 내부가 중공이고 원추 형상으로 이루어진 안내부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 미분기의 미분탄 분리장치.
제 1항에 있어서,

상기 로타의 상단부와 상기 하우징의 사이에는 미분탄이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 밀봉부재가 구비된 것을 특징으로 하는 미분기의 미분탄 분리장치.