KR980008863U - 진공 감압증기 절탄기 - Google Patents

Abstract

보일러나 소각로등 열발생 설비에서 배기가스가 발생되면 연도에 설치된 절탄기(열교환기)에서 고온의 배기가스와 냉수가 직접 열교환 하거나 열매체유를 이용 배기 가스가 열매체유에 열 전달한 후에 냉수로 열 교환되는 간접 절탄기 등 여러종류의 절탄기가 있다.

그러나 종래의 직접 열 교환하는 절탄기나 간접 열교환하는 절탄기나 저온 부식을 피할 수는 없다.

본 고안의 진공감압증기 절탄기는 간접 가열 방식으로 열매수 감압증기 온도를 부하율에 관계없이 일정하게 유지하기 때문에 결로현상이 없어 저온 부식이 거의 없고 진공증기압에 의해 비등, 응축 작용을 열전달이 되어 전열 효과가 극대화 된다.

또한 열매수의 진공압 설정에 따라 저온의 폐열회수에 효과가 크다.

배기가스량이나 온도가 부하율에 따라 변하면 급수펌프 제어로 열 교환을 하고 열교환기 전열면적 가감을 자동제어 하여 배기가스 온도를 일정하게 유지시킨다.

따라서 본 고압은 배기가스 보유열을 최대한 회수하기 때문에 보일러 설치업체의 에너지 절감에 기여하리라 본다.

Description

진공 감압증기 절탄기

본 고안은 폐열가스의 열을 회수하여 급수를 예열하는 절탄기 (열교환기)에 관한 것이다. 보일러나 소각로등 열발생 설비에서 배기 가스가 발생되면 연도에 설치된 절탄기 (열교환기)에서 고온의 배기 가스와 냉수가 직접 열 교환하거나 열매체유를 이용 배기가스가 열매체유에 열전달한후 열매체유에서 냉수로 열 교환된다.

배기 가스와 냉수가 직접 열교환하는 것은 복사, 대류 열전달이고 열매체를 이용 간접 열교환하는 것도 복사, 대류 열전달이나 제1도, 제2도와 같이 밀폐된 작은 파이프 다수에 작동 유체가 봉입되어 내부가 진공으로 되어 비등, 응축되어 냉수에 열전달이 되는 히트파이프 절탄기도 있다.

그러나 종래의 배기가스와 냉수가 직접 열교환하는 절탄기나 열매체를 이용 간접 열 교환하는 히트파이프 절탄기나 배기 가스중에 함유된 유황(S) 성분에 의한 저온 부식을 피할 수는 없다.

경유나 BC에는 0.5% - 1%의 유황성분이 있다. 유황(S)은 연소하여 SO₂로 되어 SO₃로 전화한다.

SO₃로의 전화량은 O₂량, 회분량, 질 및 온도등에 의해 다르지만 같은 종의 연료라도 노점(이슬점)의 온도는 범위가 크다.

발생한 SO₃는 가스 온도가 노점이하로 될 경우 또는 열교환기의 저온부(냉수입구)에 접촉될 경우에는 배기가스중의 SO₃와 HO₂가 결합하여 고농도의 황산이 생성되어 절탄기의 벽에 황산부식이 촉진된다.

배기가스와 냉수가 직접 열교환하는 절탄기는 부식이 심각하여 사용을 하지 않으며, 제2도의 열매체를 이용 간접 열교환하는 히트파이프 절탄기는 배기가스 온도가 낮을 때에도 열교환이 이루어져 전열관 온도가 노점(이슬점)이하로 떨어져 황산에 의한 저온 부식이 생기며 전열관 재질이 알루미늄이나 동으로 만들어져 더욱 부식에 취약하다.

그리고 보일러나 소각로등의 열발생 설비의 절탄기 전열 면적은 한번 설치하면 변경이 불가하나 배기 가스 온도나 배기량은 보일러 부하율에 따라 변하여 저 부하일 때 절탄기 출구 배기 온도가 너무 낮아지면 통풍력 장애가 발생한다.

또한, 다수의 핀 파이프로 된 구조이기 때문에 통풍저항이 증가하고 히트파이프 내부 진공 상태가 파손 되었는지 정상작동 상태인지 알 수가 없었다.

그리고 가스 연소일 경우 배기가스 온도가 BC나 경유 연소때 보다 비교적 낮다.

가스 연소일 경우 황산에 의한 저온 부식이 문제가 되지 않기 때문에 연돌의 통풍력 장애가 일어나지 않는 범위에서 저온의 백 가스라도 최대한 회수하는 것이 경제적이나 배기 가스 회수율을 높이면 통풍력 장애가 생기므로 배기가스 온도와 배기가스량에 가변하는 절탄기가 요구된다.

제1도는 종래의 히트 파이프.

제2도는 종래의 히트 파이프식 절탄기 조립 구성도.

제3도는 본 고안의 조립 구성도.

제4도는 본 고안의 열매수관 조립단면도.

제5도는 본 고안의 U자형 열 교환기 단면도.

제6도는 본 고안의 양관판식 2중 열 교환기 단면도.

제7도는 본 고안의 조립구성도.

제8도는 본 고안의 조립 단면도.

제9도는 본 고안의 핀튜브 상세 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 연도케이싱 2 : 열매수관

3 : 열교환기 동체 4 : U자형 급수가열관

4-a : 1차 급수가열관 4-b : 2차 급수가열관

5 : 공기탱크 6 : 열교환기 찬넬

7 : 급수펌프 8 : 역지변

9 : 삼방 전자변 10 : 추기펌프

11 : 제어반 12 : 관모음헤더

13 : 보일러 연도 14 : 온수 출구

15 : 냉수 입구 16 : 열매수 온도 센서

17 : 진공게이지 18 : 급수자동 삼방변

19 : 온수 역지변 20 : 분리판

21 : 공기온도 센서

본 고안은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로 저온 부식을 방지하기 위한 목적과 폐열회수 효과를 극대화하기 위하여 제3도와 같이 진공 감압증기 절탄기로 배기 가스와 열매수를 열교환하여 다시 냉각수에 간접 열교환하는 구조로 열매수에 진공압을 걸어 열매수가 설정 온도 이상이 될 때에 냉각수와 열교환이 이루어지도록 자동 콘트롤한다.

진공하에서 연소 가스가 폐열을 흡수하면 아래표와 같이 열매수 증기온도가 올라간다.

열매수 진공압력 열매수 증기온도 열매수 진공압력 열매수 증기온도

0 mmHg 100 ℃ 460 mmHg 76 ℃

50 mmHg 98 ℃ 480 mmHg 74 ℃

100 mmHg 96 ℃ 530 mmHg 70 ℃

150 mmHg 94 ℃ 600 mmHg 60 ℃

290 mmHg 90 ℃ 650 mmHg 54 ℃

300 mmHg 86 ℃ 680 mmHg 48 ℃

340 mmHg 84 ℃ 700 mmHg 40 ℃

380 mmHg 82 ℃ 730 mmHg 26 ℃

410 mmHg 80 ℃ 750 mmHg 16 ℃

430 mmHg 78 ℃ 760 mmHg 0 ℃

예를 들면 보일러 배기가스 온도가 200℃이고 온도강하에 의한 통풍력 장애를 방지하기 위한 절탄기 출구 배기 가스 온도가 100℃이며 절탄기 저온 부식을 방지하기 위한 절탄기 벽 온도 60℃을 유지하는 조건이라면 제3도 본 고안품의 열매수 온도 센서(16)에 감지된 열매수 온도가 60℃일 때 자동 콘트롤러(11)에 의해 급수 펌프(7)를 가동하여 냉수를 열교환기(3)의 1차 급수 가열관(4-a)에 통과시키면 [표]에 의하면 열매수 온도 60℃일 때 내부 진공 압력은 600mmHg이므로 이때 진공 감압증기가 비등, 응축작용의 열 교환이 이루어진다.

임의 설정된 열매수 온도 60℃ 아래로 온도가 내려가면 급수펌프(7)가 가동 중지되어 열교환이 이루어지지 않고 설정온도(60℃) 이상되면 다시 펌프가 가동되어 열 교환이 이루어진다.

만약 열매수 온도를 50℃로 설정하면 50℃에서 비등, 증발현상에 의한 열교환이 이루어진다.

가스 보일러 연소일 경우에는 배기가스 온도를 최대한 낮추기 위해서 저온에서 열교환하는 것이 유리하다.

연소량이 급격이 증가하여 설정온도 이상으로 열매수 온도가 승온되면 출구 배기가스 온도도 승온된다. 따라서 열매수 진공압력은 떨어진다.(예: 진공압력 30mmHg일 때 열매수 증기 온도 86℃)

배기가스 온도가 증대하는 것은 에너지 회수량이 떨어진다는 것이다.

그래서 배기 가스량에 관계없이 배기 가스 온도를 일정하게 유지하기 위하여 이중 열 교환기(3)를 고안하였다.

열매수 온도센서(16)에서 열매수온도를 감지하여 설정온도 이상으로 승온되면 콘트롤러(11)에서 삼방자동밸브(18)를 이용 열교환기 (3)내의 1차 급수 가열관(4-a)에 열교환시킨다.

그래도 온도가 올라가면 2차 급수 가열관(4-b)에 열교환시켜 열매수 온도를 일정하게 유지시킨다.

1차 급수 가열관에 2차 급수 가열관 전열면적을 가감하여 배기가스 온도를 적정하게 유지한다.

그러므로 열매수 온도와 열교환기 전열면적을 열발생 설비인 보일러 부하율에 따라 콘트롤라에 의해 가감할 수 있기 때문에 진공 압력과 배기 가스온도에 따른 폐열회수가 가능하다.

본 고안을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 고안의 진공 감압증기 절탄기 조립도로서 배기 가스의 열을 흡수하는 열매수관(2)과 이중 열 교환기(3)가 감압진공 일체형으로 되어있으며 감압증기와 냉각수 가열 코일간의 전열면적을 크게 하기 위하여 이중 열교환기(3) 하부에 열매수관이 직접 취부된다.

제4도의 열매수관(2)은 배기가스가 통과하는 연도 내측에 위치한 관모음헤더(12)에서 파이프 용접부와 파이프 용접부는 일직선이고 굽림 각도(R)는 다르게 취부된다.

급수는 열매수 온도센서(16)온도 감지후 콘크롤러(11)에 의해 급수 펌프(7)가 가동되면 삼방 자동 밸브(18)에 의해 열 교환기 입구 (6) 쪽으로 통과되어 보일러 배기 가스량과 온도에 따라 1차 급수 가열관(4-a)에 2차 급수 가열관(4-b) 전열면적이 가감되어 온수가 된다.

열 교환기 상부에는 비압축성 가스(공기, 수소)를 제거하기 위하여 공기 탱크(5)에 비압축성 가스가 모이면 공기온도 센서(21)에서 공기 온도 감지후 증기와의 온도 편차에 의해 콘트롤러(11)에서 추기펌프(10)를 가동 배기한다.

냉각수의 불순물 및 스케일을 용이하게 제거하기 위하여 열교환기(3)의 냉각수 부분은 프랜지로 되어있다..

본 고안은 간접가열 방식으로 열매수 온도를 부하율에 관계없이 일정하게 유지하기 때문에 결로현상이 없어 저온부식이 거의 없고 진공 증기압에 의해 비등, 응축작용의 열전달이 되어 전열 효과가 극대화된다.

또한 열매수의 진공압(열매수 온도)설정에 따라 저온의 배기가스 열회수에 탁월한 성능이다.

그리고 배기가스량이나 온도가 부하율에 따라 변하여도 급수펌프 가동제어로 열교환을 하고 열교환기 전열 면적가감을 자동제어 하기에 열교환 효율을 최대한 높인다.

Claims (4)

1. 배기가스의 열을 흡수하는 열매수관(2)과 이중 열 교환기(3)가 일체형으로 되어 있으며 이중 열교환기(3) 하부에 열매수관이 취부되고 열매수관(2)은 배기가스 통과하는 연도내측에 위치한 관모음 헤더 (12)에서 파이프 용접부와의 간격은 일직선이고 굽힘각도(R)는 다르게 취부되고 열매수 온도 센서(16)는 온도 감지후 콘트롤라(11)에 의해 급수펌프(7)가 가동되어 3방자동밸브(18)에 의해 1차 급수 가열관(4-a)에 2차 급수 가열관(4-b) 전열 면적이 가감되고 열교환기 상부 공기 탱크(5)에 공기 온도 센서(21)가 취부되어 공기 온도 감지후 증기와의 온도 차이에 의해 콘트롤라(11)에서 추기펌프(10)를 가동 배기하는 진공 감압증기 절탄기.
2. 제1항에 있어서 이중 열교환기가 U자형 급수 가열관(4) 열교환기로 된 진공 감압증기 절탄기.
3. 제1항에 있어서 배기가스의 열을 흡수하는 핀부착 열매수관(2-a)과 열교환기(3-a)가 사각 일체형으로 되어 있으며 핀부착 열매수관 (2-a)은 사각형 관판(12-a)에 취부되어 있는 진공감압 절탄기.
4. 제1항 및 제2항, 제3 항에 있어서 진공 감압증기 절탄기가 대기압 이상으로 된 간접가열 열교환 절탄기.

   ※참고사항:최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.