KR101544733B1

KR101544733B1 - 바이패스 및 혼합기를 갖는 폐열 보일러

Info

Publication number: KR101544733B1
Application number: KR1020147034460A
Authority: KR
Inventors: 쇠렌 헤이네센; 미카엘 보에
Original assignee: 할도르 토프쉐 에이/에스
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2015-08-17
Also published as: BR112014028120A2; KR20150008467A; TWI593919B; EP2852804B1; EP2852804A1; TW201413176A; US20150159861A1; US9739474B2; EA201492035A1; BR112014028120B1; PL2852804T3; WO2013167180A1; EA026857B1; CN104285117B; AR090960A1; CN104285117A

Abstract

폐열 보일러는 비교적 고온의 공정 가스와 냉매의 간접 열교환을 위한 열교환 튜브와, 공정 가스의 일부를 바이패스하는 바이패스 튜브를 가지며; 와류 혼합기는 열교환 튜브와 바이패스 튜브를 나가는 냉각된 공정 가스 및 상대적인 고온 공정 가스의 혼합을 보장한다.

Description

바이패스 및 혼합기를 갖는 폐열 보일러{WASTE HEAT BOILER WITH BYPASS AND MIXER}

본 발명은 화학 반응으로부터의 폐열의 회수에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 폐열 보일러를 나가는 가스 스트림의 개선된 혼합을 갖는 폐열 보일러에 관한 것이다.

폐열 보일러는 고온의 공정 스트림으로부터 회수된 폐열에 의한 스팀의 발생을 위해 가장 일반적으로 사용된다. 전형적으로, 이들 보일러는 원통형 셸 내에 배치된 복수의 열교환 튜브를 갖는 셸-앤드-튜브(shell-and-tube) 열교환기로서 설계된다.

두가지 기본적인 유형의 셸-앤드-튜브 열교환기가 산업에서 사용되는데, 물/스팀 혼합물이 튜브를 통해 흐르는 수관식(water-tube type)과, 튜브 내부에 가열 공정 스트림을 갖는 연관식(fire-tube type)이다.

보일러의 특징적 구성요소는 셸 내의 전방 단부 헤드와 후방 단부 헤드에서 튜브 시트 내에 장착된 튜브들이다. 연관 보일러에서는, 스팀 생성은 보일러 튜브를 통해 흐르는 고온 공정 스트림의 간접적인 열교환에 의해 튜브의 셸측에서 달성된다. 셸측은 보일러 셸 위에 배치되거나 또는 보일러 셸의 일체형 부분으로서 배치될 수 있는 스팀 드럼에 연결된 수많은 라이저(riser) 및 강수관(downcomer)를 거친다.

셸-앤드-튜브 열교환기식 보일러의 기계적인 설계, 및 특히 열교환 표면의 치수결정은 일정한 문제점들을 나타낸다. 연관 보일러 용도는 셸측에 또는 양측에 높은 압력 및 셸측과 튜브측 사이에 상당한 온도차이를 수반한다. 공정 스트림의 오손(fouling) 및 부식 특성을 특히 고려해야 한다.

오손 및/또는 부식성 공정 스트림을 취급하는 보일러는 심한 오손 및/또는 부식성 조건 하에서의 수명을 충족시키는 것을 대비하기 위해 깨끗할 때 요구되는 것보다 더 높은 효율로 설계되어야 한다. 보일러 튜브의 열교환 표면은 또한 스트림에서 예상되는 부식 및 오손 요인들에 적합하게 되어야 한다. 보일러의 장기간의 작동 동안에 원하는 실질적으로 일정한 냉각 효과를 제공하기 위해, 적절한 열교환 및 온도 제어가 요구된다.

종래에 설계된 보일러들은 보일러 셸의 내부적일 수 있고 또는 외부적일 수 있는 상대적인 대직경 튜브(열교환 튜브 직경에 비해서 임)의 바이패스를 장착하고 있다. 바이패스는 보통 유량 제어 밸브를 구비한 절연된 튜브로서 구성된다. 보일러 초기 작동 동안에, 고온 공정 스트림의 일부는 열교환을 요구되는 수준 내로 제한하기 위해 열교환 튜브를 바이패스하게 된다.

일정한 시간 후에, 튜브의 스트림 오손 및/또는 부식이 증가하여, 감소된 열교환을 이끈다. 그러면 바이패스되는 공정 스트림의 양은 감소되는데, 이것은 요구되는 냉각 효과를 유지하기 위해 열교환 튜브를 통해 더 높은 유량의 공정 스트림을 대비하게 한다. 따라서, 폐열 보일러를 나가는 공정 가스의 온도의 제어는 바이패스 튜브를 나가는 비교적 고온의 공정 가스의 흐름에 비하여 열교환 튜브를 나가는 냉각된 공정 가스의 흐름을 변동시킴으로써 달성된다.

그러나, 상기 유형의 공지의 보일러의 결점은 폐열 보일러의 각각 열교환 튜브 및 바이패스 튜브를 나가는 냉각된 공정 가스 및 상대적인 고온 공정 가스의 불량한 혼합이다. 공지의 폐열 보일러로 경험한 바는 폐열 보일러의 하류의 공정 가스에 큰 온도 변동이 존재한다는 것을 나타낸다. 이것은 하류 공정 가스의 상대적인 고온 부분이 부식을 이끌 수 있고 온도 변동은 온도 텐션을 동반할 수도 있다.

불량한 혼합의 문제를 해결하기 위해 추구한 공지 기술의 예들은 EP0357907에 개시되어 있는데, 이것은 두 챔버 사이로 이어져 유체가 통과해 흐르고 또 다른 유체가 대항하여 흐르는 열교환기 파이프와, 유체의 변화가능한 부분적인 흐름이 열교환을 회피하도록 안내될 수 있는 오버플로우 파이프를 갖는 열교환기를 개시한다. 오버플로우 파이프는 그것의 흐름 단면의 수정을 위한 밸브 배치를 구비한다. 이 밸브 배치는 밸브 배치의 한 단부 위치에서 오버플로우 파이프를 폐쇄하는 밸브 디스크와, 오버플로우 파이프를 떠나는 유체가 통해서 흐르고 밸브 배치의 다른 단부 위치에서 열교환기 파이프로부터 방출하는 유체를 위한 출구 개구를 폐쇄하는 밸브 고리를 포함한다. 혼합 섹션의 크게 감소된 공간 요건을 갖는 유체의 부분적인 흐름의 저손실 및 강력 혼합을 보장하기 위해, 출구 개구는 밸브 고리와 상호작용하는 수집 원추체에 형성된다. 밸브 고리는 수많은 침투 개구부를 구비하는 원추형 출구 영역을 구비하고 그것의 열교환기의 길이방향 축에 대한 기울기는 대략 수집 원추체의 기울기에 상응한다.

또 다른 예는 WO 2012/041344에 개시되어 있는데 이것은 비교적 고온의 공정 가스와 냉매의 간접 열교환을 위한 열교환 튜브와 공정 가스의 일부를 바이패스하는 바이패스 튜브를 갖는 폐열 보일러를 기술하며; 공정 가스 수집기가 열교환된 공정 가스의 일부와 바이패스된 공정 가스의 적어도 일부를 수집 및 혼합하고 그 후 혼합물을 열교환된 공정 가스의 나머지와 함께 제어 밸브를 통해 폐열 보일러의 공정 가스 출구로 이끈다.

폐열 보일러의 추가의 예들은 US5452686A, US2007125317A, US4993367A, GB1303092A, US1918966A 및 EP0357907A에 기술되어 있다.

본 발명의 목적은 셸-앤드-튜브 열교환기 유형의 보일러에 개선된 배출 가스 혼합을 제공함으로써 공지의 폐열 보일러의 결점을 회피하기 위한 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 과도한 압력 손실을 초래하지 않고 짧은 혼합 길이 내에서 폐열 보일러로부터의 출구 공정 가스의 효율적인 혼합을 달성하기 위한 것이다.

본 발명의 구체예에 따르면, 이것은 비교적 고온의 공정 가스를 냉매와 열교환시키는 폐열 보일러에 의해 달성되는데, 여기서 폐열 보일러는 적어도 하나의 셸 부분들을 포함하는 셸, 및 열교환 섹션 제2 셸 부분의 입구 단부과 출구 단부에 놓이는 적어도 2개의 튜브 시트를 포함하여, 이로써 이 제2 셸 부분과 2개의 튜브 시트가 폐열 보일러의 열교환 섹션을 에워싼다. 복수의 열교환 튜브 및 적어도 하나의 공정 가스 바이패스 튜브가 열교환 섹션 내에 놓이고 각 튜브의 제1 단부 근처의 제1 튜브 시트에서 고정되고 각 튜브의 제2 단부 근처의 제2 튜브 시트에서 고정된다. 적어도 하나의 냉매 입구 및 적어도 하나의 냉매 출구가 폐열 보일러에 배치되어 냉매가 튜브의 셸측의 열교환 섹션 내외로 흐르는 것을 가능하게 한다. 냉매는 따라서 제2 셸 부분과 제1 및 제2 튜브 시트에 의해 에워싸인다. 공정 가스 입구 섹션이 제1 튜브 시트 근처에, 냉매보다 제1 튜브 시트의 반대측에 위치된다. 입구 섹션은 공정 가스 입구 단부에서 제1 셸 부분에 의해 더 에워싸일 수 있다. 공정 가스 출구 섹션은 제2 튜브 시트 근처에 냉매보다 제2 튜브 시트의 반대측에 위치된다. 출구 섹션은 제3 셸 부분에 의해 더 에워싸여질 수 있다. 공정 가스 출구 단부에서, 와류 혼합기가 위치된다. 그것은 열교환 튜브의 출구와 유체 연결하여 제1 도관과, 제1 도관 내에 위치되고 바이패스 튜브의 출구와 유체 연결하여 있는 제2 도관을 포함한다. 제1 도관의 출구는 와류 유도 요소에 의해 형성되고 제2 도관의 출구는 방사상 노즐에 의해 형성된다.

공정 가스는 제1 셸 부분, 공정 가스 입구 단부로부터 열교환 튜브 입구 및 바이패스 튜브 입구로, 열교환 튜브 및 적어도 하나의 바이패스 튜브를 통해 흐르고, 열교환 튜브 출구 및 적어도 하나의 바이패스 공정 가스 출구를 나와 제3 셸 부분, 공정 가스 출구 단부로 흐른다. 냉매는 냉매 입구를 통해 열교환 섹션으로 흐르고, 열교환 튜브의 셸측과 접촉하고, 적어도 하나의 바이패스 튜브의 셸측과 접촉될 수 있으며 그후 냉매는 냉매 출구를 통해 열교환 섹션을 나간다. 공정 가스는 제1 온도에서 공정 가스 입구 섹션으로 들어가고, 상대적으로 낮은 제2 온도에서 열교환 튜브를 나간다. 바이패스 튜브를 나오는 공정 가스는 제1 온도보다 낮거나 같지만 제2 온도보다는 높은 제3 온도를 갖는다. 따라서 열교환 섹션을 나가는 공정 가스는 냉각되는 부분(열교환 튜브를 나감)과 상대적인 고온인 부분(바이패스 튜브를 나감)을 포함한다. 열교환 튜브를 나가는 냉각된 공정 가스는 제1 튜브를 통해 흐르고 흐름 방향에 대하여 제1 튜브의 단부에서 위치된 와류 유도 요소를 통과한다. 냉각된 공정 가스는 와류 유도 요소를 나감에 따라 그것은 와류 움직임을 갖는다. 바이패스 튜브를 나가는 상대적인 고온 공정 가스는 제2 튜브를 통해 축상으로 흐르고 흐름 방향을 제2 튜브의 단부에서 방사상 방향으로 바꾸는데 이때 그것은 와류 유도 요소 바로 뒤에서, 공정 가스의 축상 흐름 방향에 상대적인 제2 튜브의 단부에서 위치된 방사상 노즐 또는 구멍(들)을 통해 나간다. 냉각된 공정 가스 및 상대적인 고온 공정 가스는 따라서 상대적인 고온 공정 가스가 와류 냉각된 공정 가스로 방사상으로 분사됨에 따라 매우 효율적으로 혼합된다.

본 발명의 추가 구체예에 따르면, 와류 혼합기는 열교환 튜브를 나가는 냉각된 공정 가스의 흐름을 제어하는 제1 밸브를 더 포함한다. 냉각된 공정 가스의 흐름 제어는 와류 혼합기가 냉각된 공정 가스 및 상대적인 고온 공정 가스의 혼합 비율을 제어하기 때문에 와류 혼합기로부터 공정 가스의 출구 온도의 제어를 가능하게 한다. 이 흐름 제어 밸브는 또한 그것이 열교환 튜브의 열교환 능력을 변화시키는 열교환 튜브에서의 잠재적인 증가된 오손에 구애받지 않고 와류 혼합기를 떠나는 공정 가스의 일정한 출구 온도를 유지하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 추가 구체예에서 제1 밸브는 공정 가스의 축상 흐름 방향에 상대적인 제1 도관의 입구에서 위치된다. 밸브는 미끄럼 밸브이고, 그것은 제2 도관 둘레로 미끄러진다.

본 발명의 구체예에서, 와류 혼합기는 공정 가스의 축상 흐름 방향에 상대적인 와류 유도 요소 전에 제1 도관 내에 위치된 흐름 교정 요소를 더 포함한다. 요소는 냉각된 공정 가스의 흐름이 와류 유도에 도달하기 전에 냉각된 공정 가스의 흐름을 교정한다.

본 발명의 구체예는 적어도 하나의 바이패스 튜브를 나가는 상대적인 고온 공정 가스의 흐름을 제어하기 위해 제2 밸브를 더 포함한다. 제2 밸브는 공정 가스의 축상 흐름 방향에 상대적인 제2 도관의 제1 부분에 위치된다.

본 발명의 구체예에서, 제1 및 제2 도관은 서로에 공축상으로 위치되는 원형 튜브이다. 열교환 튜브를 나가는 냉각된 공정 가스는 따라서 와류 혼합기의 제2 도관 외부에 제1 도관 내부에서 환형으로 흐른다.

본 발명의 구체예에서, 제1 도관은 추가의 튜브 시트에 의해 폐열 보일러의 셸에 고정된다. 튜브 시트는 둘다 제1 도관을 고정하고 열교환 튜브를 나가는 모든 냉각된 공정 가스가 제1 도관을 통해 흐르는 것을 보장한다.

본 발명의 구체예에서 와류 유도 요소는 베인(날개)을 포함한다. 베인은 제1 도관의 축에 대하여 각을 이루어 위치된다.

부식 및 금속 분진형성을 견디기 위해, 바이패스 튜브의 내벽과 제2 도관의 적어도 일부는 본 발명의 한 구체예에서 세라믹 라이너로 라이닝되어 있다.

본 발명에 따르는 폐열 보일러는 수많은 매질에 대해 사용될 수 있다. 본 발명의 구체예에서, 냉매는 물일 수 있고 또는 그것은 스팀일 수 있다. 냉매는 열교환 섹션을 들어올 때 물일 수 있고 물의 일부 또는 물의 모두가 상대적인 고온 공정 가스와의 간접 열교환에 의해 가열될 수 있어서 냉매 출구를 통해 열교환 섹션을 나가는 냉매의 모두 또는 일부가 스팀이 되도록 한다.

본 발명의 추가의 구체예에서, 하나 이상의 셸 부분(들)은 실질적으로 원통형이다. 원통형 형상은 압력에 대해 견고하고 재료 절감 형상이기 때문에 유리할 수 있다. 실질적이라는 말은 하나의 단면에서 보아 길쭉한 어떤 형상 및 또 다른 단면에서 보아 원형에서 멀지 않은 어떤 형상, 예를 들면 원형, 타원형, 정사각형, 오각형, 육각형 등을 의미한다.

본 발명의 추가의 구체예에서, 복수의 열교환 튜브가 튜브 시트에서 실질적으로 원형 어레이로 배치되고, 바이패스 튜브 또는 적어도 하나의 바이패스 튜브는 실질적으로 어레이의 중앙에 놓인다. 실질적이라는 말은 위치가 수학적으로 정확하지 않아도 된다는 것을 의미하며, 형상은 열교환 효과 및 재료 비용에 대한 고려가 있는 한 크게 변동될 수 있다.

본 발명의 구체예에서, 폐열 보일러는 습식 황산을 생산하는 공정 플랜트에 사용된다.

1. 상대적으로 고온의 공정 가스를 냉매와 열교환시키는 폐열 보일러(100)는

· 셸(110, 120, 130),

· 적어도 2개의 튜브 시트(115, 125),

· 복수의 열교환 튜브(123),

· 적어도 하나의 바이패스 튜브(124),

· 상기 셸 부분과 상기 적어도 2개의 튜브 시트에 의해 에워싸여진 열교환 섹션(126),

· 공정 가스 입구 섹션(112),

· 공정 가스 출구 섹션(132),

· 적어도 하나의 냉매 입구(121),

· 적어도 하나의 냉매 출구(122)

를 포함하고,

상대적으로 고온의 공정 가스는 공정 가스 입구 섹션에서 열교환 튜브 및 적어도 하나의 바이패스 튜브로 들어가고, 적어도 열교환 튜브에서 흐르는 공정 가스가 냉매와 간접 열교환하게 되는 열교환 섹션을 통해 흐르고, 공정 가스 출구 섹션에서 나가며, 여기서 상기 폐열 보일러는 열교환 튜브(134)의 출구와 유체 연결하여 제1 도관(210)과, 바이패스 튜브(133)의 출구와 유체 연결하여 제1 도관 내의 제2 도관(220)을 갖는 와류 혼합기(200)를 더 포함하고, 제1 도관의 출구는 와류 유도 요소(211)에 의해 형성되고 제2 도관의 출구는 방사상 노즐(221)에 의해 형성된다.

2. 특징 1에 따르는 폐열 보일러로서, 와류 혼합기는 열교환 튜브를 나가는 냉각된 공정 가스의 흐름을 제어하는 제1 밸브(212)를 더 포함한다.

3. 특징 2에 따르는 폐열 보일러로서, 제1 밸브는 제1 도관의 입구에 위치되고 제2 도관 둘레로 미끄러진다.

4. 상기 특징들 중 어떤 것에 따르는 폐열 보일러로서, 와류 혼합기는 제1 도관 내의 냉각된 공정 가스의 축상 흐름 방향에 대하여 와류 유도 요소 전에 제1 도관 내에 위치된 흐름 교정 요소를 더 포함한다.

5. 상기 특징들 중 어떤 것에 따르는 폐열 보일러로서, 와류 혼합기는 적어도 하나의 바이패스 튜브를 나가는 상대적인 고온 공정 가스의 흐름을 제어하기 위해 제2 밸브(222)를 더 포함한다.

6. 상기 특징들 중 어떤 것에 따르는 폐열 보일러로서, 제1 및 제2 도관은 서로에 축상으로 위치되는 원형 튜브이다.

7. 상기 특징들 중 어떤 것에 따르는 폐열 보일러로서, 제1 도관은 튜브 시트(213)에 의해 셸(130)에 고정된다.

8. 상기 특징들 중 어떤 것에 따르는 폐열 보일러로서, 와류 유도 요소는 베인을 포함한다.

9. 상기 특징들 중 어떤 것에 따르는 폐열 보일러로서, 바이패스 튜브의 내벽과 제2 도관의 적어도 일부는 세라믹 라이너로 라이닝되어 있다.

10. 상기 특징들 중 어떤 것에 따르는 폐열 보일러로서, 냉매는 물이거나 또는 스팀이거나 또는 물과 스팀 둘다이다.

11. 상기 특징들 중 어떤 것에 따르는 폐열 보일러로서, 상기 셸은 원통형 형상을 갖고 상기 적어도 두개의 튜브 시트는 원형 형상을 갖는다.

도 1은 와류 혼합기를 도시하지 않은, 본 발명의 구체예에 따른 폐열 보일러의 단면도이다.
도 2는 도 1의 폐열 보일러에 위치될 와류 혼합기의 단면도이다.

도 1은 와류 혼합기를 도시하지 않은, 본 발명의 구체예에 따른 폐열 보일러(100)의 단면도이다. 폐열 보일러는 제1 셸 부분, 공정 가스 입구 단부(110); 제2 셸 부분, 열교환 섹션(120); 및 제3 셸 부분, 공정 가스 출구 단부(130)를 포함하며; 모두 실질적으로 원통형 형상과 실질적으로 같은 직경을 가지나, 도면에서 보는 바와 같이, 반드시 같은 재료 두께를 갖지는 않는다. 재료 두께 뿐만 아니라 재료의 선택은 공정 조건에 따라 변경될 수 있다.

제1 튜브 시트, 공정 가스 입구 단부(115)는 제1 셸 부분을 제2 셸 부분으로부터 분리한다. 마찬가지로, 제2 튜브 시트, 공정 가스 출구 단부(125)는 제2 셸 부분을 제3 셸 부분으로부터 분리한다. 따라서, 제1 셸 부분과 제1 튜브 시트는 공정 가스 입구 섹션(112)을 에워싸고; 제2 셸 부분은 제1 및 제2 튜브 시트와 함께 열교환 섹션(126)을 에워싸고; 제3 셸 부분과 제2 튜브 시트는 공정 가스 출구 섹션(132)을 에워싼다. 공정 가스 입구 섹션의 내표면은 입구 공정 가스의 높은 온도로부터 내표면을 보호하기 위해 예를 들면 세라믹 라이너와 같은 라이너(111)를 가질 수 있다.

제1 및 제2 튜브 시트는 열교환 튜브(123)를 수용하기 위한 대응하는 보어를 갖는다. 열교환 튜브는 적어도 제1 튜브 시트로부터 열교환 섹션을 통하여 제2 튜브 시트로 뻗어 있다. 각 열교환 튜브와 각각의 튜브 시트 사이의 연결은 기밀 및 액밀로 만들어진다. 각 열교환 튜브는 공정 가스 입구 섹션에 위치된 열교환 튜브 입구(114) 및 공정 가스 출구 섹션에 위치된 열교환 튜브 출구(134)를 갖는다.

제1 및 제2 튜브 시트는 또한 적어도 하나의 공정 가스 바이패스 튜브(124)를 위한 적어도 하나의 대응하는 보어를 갖는다. 도 1에 따른 본 발명의 구체예에서는, 하나의 공정 가스 바이패스 튜브가 있다. 공정 가스 바이패스 튜브와 제1 및 제2 튜브 시트 사이의 연결은 기밀 및 액밀로 만들어진다. 공정 가스 바이패스 튜브는 공정 가스 입구 섹션에 위치된 바이패스 공정 가스 입구(113) 및 공정 가스 출구에 위치된 바이패스 공정 가스 출구(133)를 갖는다. 공정 가스 바이패스 튜브는 상대적인 높은 공정 가스 온도로부터 튜브를 보호할 수 있고, 냉매와 바이패스 공정 가스 사이의 간접적인 열교환을 감소시킬 수 있는 라이닝(도시 않음)을 구비할 수 있다.

열교환 섹션에서, 냉매 입구(121)는 열교환 섹션에 냉매의 유체 연결을 제공한다. 열교환 섹션에의 유체 연결이 제공되는 한, 적어도 하나의 냉매 입구는 제2 셸 부분 상에 또는 제1 또는 제2 튜브 시트 상에 어느 위치에도 위치될 수 있다. 열 교환 섹션의 셸 부분 상의 위치를 도 1에 나타낸다. 열 교환 섹션(126)에 유체 연결하여 위치되는 냉매 출구(122)는 열교환 섹션으로부터의 냉매의 출구를 제공한다.

따라서, 각각의 열교환 튜브와 공정 가스 바이패스 튜브는 공정 가스 입구 섹션으로부터 열교환 섹션을 통하여 공정 가스 출구 섹션으로 유체 연결을 제공하고, 이로써 공정 가스가 냉매에 직접 접촉하지 않고 열교환 섹션을 통해 흐르는 것을 가능하게 한다. 열교환 튜브에서 흐르는 공정 가스는 냉매와 간접 열교환하여 있는 한편, 바이패스되는 즉 공정 가스 바이패스 튜브에서 흐르는 공정 가스의 일부는 냉매와의 간접 열교환을 상대적으로 낮게 하거나 또는 실질적으로 하지 않는다. 즉, 바이패스 튜브가 라이닝되지 않으면, 바이패스 공정 가스는 냉매와 약간의 열교환을 하게 될 것이나, 바이패스 튜브에서의 열교환은 바이패스 튜브의 높은 부피 대 표면 비로 인해 열교환 튜브에서의 열교환보다 상대적으로 낮을 것이다. 바이패스 튜브가 예를 들어서 세라믹 라이너로 라이닝된다면, 바이패스 튜브 에서 흐르는 바이패스된 공정 가스와 냉매 사이의 간접 열교환은 상대적으로 낮거나 거의 제로에 가깝게 될 것이다. 어떤 경우에도, 열교환 튜브 출구를 나가는 열교환된 공정 가스의 온도는 바이패스 공정 가스 출구를 나가는 바이패스된 공정 가스의 온도보다 상당히 낮다. 공정 가스 출구 단부 뒤의 간격은, 혼합된 공정 가스 출구(135), 상대적인 고온의 바이패스된 공정 가스 및 냉각된 공정 가스에서, 도관의 단면을 가로질러 고른 온도 분포를 갖는 균질한 혼합 가스이다. 이 간격을 단축시키기 위해 도 2에 따른 와류 혼합기(200)가 공정 가스 출구 섹션에 위치된다.

도 2를 참고하면, 와류 혼합기(200)는 열교환 튜브로부터의 출구와 유체 연결되어 있는 제1 도관(210)을 포함한다. 열교환 튜브로부터 제1 도관을 통한 공정 가스의 흐름은 제1 미끄럼 밸브(212)에 의해 제어된다. 제1 도관을 통해 제1 밸브로부터 냉각된 공정 가스는 제1 도관의 축에 대하여 각을 이룬 베인의 형태로 와류 유도 요소(211)를 통과하는 제1 도관의 밖으로 흐른다. 베인은 제1 도관을 나가는 냉각된 공정 가스에 와류 움직임을 유도한다. 이 구체예에서, 제1 도관은 원통형이다. 제3 튜브 시트(213)는 제1 도관을 제3 셸 부분(130)에 완전히 또는 부분적으로 지지하며 또한 냉각된 공정 가스가 제1 도관을 넘어가는 것을 방지한다.

제2 도관(220)은 제1 도관 내에 동심으로 놓이고 바이패스된 공정 가스 출구에 유체 연결되어 있다. 상대적인 고온의 바이패스된 공정 가스는 제2 도관을 통과하고 방사상 노즐(221)을 통해 제2 도관의 단부 밖으로 접선방향으로 통과하여 이로써 상대적인 고온의 바이패스된 공정 가스가 와류 냉각된 공정 가스와 효율적으로 혼합된다. 선택적으로(도 2에 도시않음), 제2 밸브(222)는 공정 가스의 바이패스된 흐름을 제어하기 위해 제2 도관 내에 놓일 수 있다. 도 2에 나타낸 구체예에서, 플레이트는 제1 밸브가 그것의 축상 움직임을 제한하는 밸브 스톱(223)으로서 작용한다.

100 폐열 보일러, WHB
110 제1 셸 부분, 공정 가스 입구 단부
111 라이닝
112 공정 가스 입구 섹션
113 바이패스 공정 가스 입구
114 열교환 튜브 입구
115 제1 튜브 시트, 공정 가스 입구 단부
120 제2 셸 부분, 열교환 섹션
121 냉매 입구
122 냉매 출구
123 열교환 튜브
124 공정 가스 바이패스 튜브
125 제2 튜브 시트, 공정 가스 출구 단부
126 열교환 섹션
130 제3 셸 부분, 공정 가스 출구 단부
132 공정 가스 출구 섹션
133 바이패스 공정 가스 출구
134 열교환 튜브 출구
135 혼합된 공정 가스 출구
200 와류 혼합기
210 제1 도관
211 와류 유도 요소
212 제1 밸브
213 제3 튜브 시트
220 제2 도관
221 방사상 노즐
222 제2 밸브
223 밸브 스톱

Claims

상대적으로 고온의 공정 가스를 냉매와 열교환시키는 폐열 보일러(100)로서,
· 셸(110, 120, 130),
· 적어도 2개의 튜브 시트(115, 125),
· 복수의 열교환 튜브(123),
· 적어도 하나의 바이패스 튜브(124),
· 상기 셸 부분과 상기 적어도 2개의 튜브 시트에 의해 에워싸여진 열교환 섹션(126),
· 공정 가스 입구 섹션(112),
· 공정 가스 출구 섹션(132),
· 적어도 하나의 냉매 입구(121),
· 적어도 하나의 냉매 출구(122)
를 포함하고,
상대적으로 고온의 공정 가스는 공정 가스 입구 섹션에서 열교환 튜브 및 적어도 하나의 바이패스 튜브로 들어가고, 적어도 열교환 튜브에서 흐르는 공정 가스가 냉매와 간접 열교환하게 되는 열교환 섹션을 통해 흐르고, 공정 가스 출구 섹션에서 나가며, 여기서 상기 폐열 보일러는 열교환 튜브(134)의 출구와 유체 연결하여 제1 도관(210)과, 바이패스 튜브(133)의 출구와 유체 연결하여 제1 도관 내의 제2 도관(220)을 갖는 와류 혼합기(200)를 더 포함하고, 제1 도관의 출구는 와류 유도 요소(211)에 의해 형성되고 제2 도관의 출구는 방사상 노즐(221)에 의해 형성되고, 와류 혼합기는 열교환 튜브를 나가는 냉각된 공정 가스의 흐름을 제어하는 제1 밸브(212)를 더 포함하는, 폐열 보일러.
제1 항에 있어서, 제1 밸브는 제1 도관의 입구에 위치되고 제2 도관 둘레로 미끄러지는 것을 특징으로 하는 폐열 보일러.
제1 항에 있어서, 와류 혼합기는 제1 도관 내의 냉각된 공정 가스의 축상 흐름 방향에 대하여 와류 유도 요소 전에 제1 도관 내에 위치된 흐름 교정 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 보일러.
제1 항에 있어서, 와류 혼합기는 적어도 하나의 바이패스 튜브를 나가는 상대적인 고온 공정 가스의 흐름을 제어하기 위해 제2 밸브(222)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 보일러.
제1 항에 있어서, 제1 및 제2 도관은 서로에 축상으로 위치되는 원형 튜브인 것을 특징으로 하는 폐열 보일러.
제1 항에 있어서, 제1 도관은 튜브 시트(213)에 의해 셸(130)에 고정되는 것을 특징으로 하는 폐열 보일러.
제1 항에 있어서, 와류 유도 요소는 베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 보일러.
제1 항에 있어서, 바이패스 튜브의 내벽과 제2 도관의 적어도 일부는 세라믹 라이너로 라이닝되어 있는 것을 특징으로 하는 폐열 보일러.
제1 항에 있어서, 냉매는 물이거나 또는 스팀이거나 또는 물과 스팀 둘다인 것을 특징으로 하는 폐열 보일러.
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셸은 원통형 형상을 갖고 상기 적어도 두개의 튜브 시트는 원형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 폐열 보일러.
삭제