KR101418759B1 - 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부에 구비되는 화격자 및 수직수관을 통해 예열된 물이 상부에 구비되는 스팀챔버에 공급되고, 스팀챔버의 내부에 구비되는 연관에 연소실의 연소가스가 공급되면서 스팀이 생산되도록 하는 보일러에 관한 것으로서, 연료의 품질 및 보일러의 규모에 따라 목재연료의 투입과 이동 및 재의 처리가 용이한 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러는, 내부에 병렬배치되는 수관을 갖는 화격자, 상기 화격자의 외곽에 배치된 상태에서 상기 수관과 연결되는 헤더, 일정 시간마다 투입되는 목재를 상기 화격자의 일정 위치에 배치시키는 연료푸셔, 상기 화격자의 하부에 구비되는 에어공급룸 및 상기 화격자의 후단에 배치된 상태에서 화격자로부터 배출되는 재를 수용하는 재수거룸으로 이루어지는 연료처리유닛; 4면의 외벽으로 이루어지고, 상기 외벽이 상기 연료처리유닛의 상부에 배치되며, 측면 외벽에는 상기 헤더로부터 물이 유입되는 복수 개의 수직수관이 배열되고, 전후 외벽의 상부에는 라운드부가 형성되는 연소유닛; 및 상기 라운드부에 안치되는 스팀챔버, 상기 스팀챔버의 내부에 형성되는 연관, 상기 연소유닛에서 발생되는 연소가스가 상기 연관에 유입되도록 하는 연관유도덕트, 상기 연관으로부터 토출되는 연소가스를 외부로 배출하는 배출덕트와 상기 스팀챔버의 전방에 구비되고 상기 연관과 연결되는 방향전환실로 이루어지는 스팀발생유닛;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러{Steam Boiler Mounting of Firewood Handling Means}

본 발명은 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하부에 구비되는 화격자 및 수직수관을 통해 예열된 물이 상부에 구비되는 스팀챔버에 공급되고, 스팀챔버의 내부에 구비되는 연관에 연소실의 연소가스가 공급되면서 스팀이 생산되도록 하는 보일러에 관한 것으로서, 연료의 품질 및 보일러의 규모에 따라 목재연료의 투입과 이동 및 재의 처리가 용이한 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러에 관한 것이다.

보일러는 용도에 따라 난방수 또는 온수를 공급하는 난방보일러 및 동력원 또는 가공용 열풍으로 이용되는 스팀을 생산하는 스팀보일러로 대별될 수 있다. 두 종류의 보일러 모두 최적의 열효율을 얻기 위해 다양한 형태로 제작되는데, 스팀보일러의 경우 고압의 스팀을 대량 생산해야하는 특성상 강도를 강화하는 구조와 구성으로 제작되게 된다.

스팀보일러는 연료의 종류에 따라 연소실의 구조가 상이하나, 기본적으로 연소실에서 발생된 열이 물에 효과적으로 전달되도록 챔버 내부에 복잡한 구조의 배관 다발이 구비되고, 챔버와 배관에 연소가스와 물이 교호적으로 투입되게 된다.

스팀보일러의 연료로서 주로 벙커씨유나 가스 등이 사용되어 왔으나, 최근 원유값의 상승 및 지구온난화에 따른 화석연료의 사용이 지양되고 있는 가운데, 대안 연료로서 목재연료가 주목받고 있다.

목재연료는 우드팰릿, 우드칩 및 WCF 등(BIO-SRF)이 이용되는데, 벙커씨유나 가스 대비 약 30% 저렴한 장점이 있다. 다만, 목재연료의 경우 급속 연소로 인해 연료 투입을 자주 해야 하는 번거로움, 재의 처리 문제 및 이를 위한 인력 투입에 따른 인건비가 증가하는 단점이 있다.

KR 10-1199299 B1 2012.11.02.

본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 저품질의 목재연료에 적합한 목재연료의 투입, 이동 및 재의 처리가 이루어지는 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 대용량의 스팀보일러에 적합한 목재연료의 투입, 이동 및 재의 처리가 이루어지는 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러를 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러는, 내부에 병렬배치되는 수관을 갖는 화격자, 상기 화격자의 외곽에 배치된 상태에서 상기 수관과 연결되는 헤더, 일정 시간마다 투입되는 목재를 상기 화격자의 일정 위치에 배치시키는 연료푸셔, 상기 화격자의 하부에 구비되는 에어공급룸 및 상기 화격자의 후단에 배치된 상태에서 화격자로부터 배출되는 재를 수용하는 재수거룸으로 이루어지는 연료처리유닛; 4면의 외벽으로 이루어지고, 상기 외벽이 상기 연료처리유닛의 상부에 배치되며, 측면 외벽에는 상기 헤더로부터 물이 유입되는 복수 개의 수직수관이 배열되고, 전후 외벽의 상부에는 라운드부가 형성되는 연소유닛; 및 상기 라운드부에 안치되는 스팀챔버, 상기 스팀챔버의 내부에 형성되는 연관, 상기 연소유닛에서 발생되는 연소가스가 상기 연관에 유입되도록 하는 연관유도덕트, 상기 연관으로부터 토출되는 연소가스를 외부로 배출하는 배출덕트와 상기 스팀챔버의 전방에 구비되고 상기 연관과 연결되는 방향전환실로 이루어지는 스팀발생유닛;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러 중 연료처리유닛은 전면에 상기 연료푸셔가 구비되고, 후방에 재수거룸이 배치되며, 상기 재수거룸의 전방에 상기 화격자 및 에어공급룸이 구비되거나 또는, 후면에 상기 연료푸셔가 구비되고, 전방에 재수거룸이 배치되며, 상기 재수거룸의 후방에 상기 화격자 및 에어공급룸이 구비되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러 중 화격자는 계단 형태의 복층 구조로 구비되고, 각층의 화격자에는 연료푸셔가 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연료처리유닛 후면에 구비되는 연료푸셔와 전방에 배치되는 재수거룸 및 상기 재수거룸의 후방에 구비되는 화격자와 에어공급룸을 통해 연소가스가 연소유닛 내부에 잔류되는 시간을 연장할 수 있으므로 열효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 계단 형태의 복층 구조로 구비되는 화격자 및 각층의 화격자에 구비되는 연료푸셔를 통해 대용량 스팀보일러의 목재연료 처리를 용이하게 할 수 있으므로 스팀보일러의 관리효율이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러 중 화격자를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 목재연료 후방투입방식의 스팀보일러를 분해 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 대용량 스팀보일러를 분해 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러 중 연소유닛의 요부를 도시한 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명은 연료처리유닛(100), 상기 연료처리유닛(100)의 상부에 구비되는 연소유닛(200)과 스팀발생유닛(300)으로 이루어지며, 연료처리유닛(100)의 화격자(110) 및 연소유닛(200)의 수직수관(210)을 통해 예열되는 물이 스팀발생유닛(300)에 집수되고, 연소유닛(200)에서 생성되는 연소가스가 스팀발생유닛(300)의 내부에 구비되는 연관에 공급됨으로써 스팀발생유닛(300)에서 스팀이 생산되는 수연관 복합보일러이다.

특히, 본 발명은 저품질의 목재연료가 사용되는 스팀보일러의 경우 후방에서 목재연료의 투입 및 이동이 이루어지고, 스팀보일러의 용량이 큰 경우 상기 화격자(110)가 다단 구조로 구비되는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러를 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러 중 화격자를 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 연료처리유닛(100)은 상부에 목재연료가 안치되고, 외부로부터 물의 공급이 이루어지는 구성으로서, 내부에 병렬배치되는 수관(111)을 갖는 화격자(110), 상기 화격자(110)의 외곽에 배치된 상태에서 상기 수관(111)과 연결되는 헤더(130), 일정 시간마다 투입되는 목재를 상기 화격자(110)의 일정 위치에 배치시키는 연료푸셔(150), 상기 화격자(110)의 하부에 구비되는 에어공급룸(170) 및 상기 화격자(110)의 후단에 배치된 상태에서 화격자(110)로부터 배출되는 재를 수용하는 재수거룸(180)으로 이루어진다.

상기 화격자(110)는 상부에 안치되는 목재연료의 연소열에 의해 내부에 유입되는 물을 예열하는 역할을 하며, 이를 위해 수관(111), 상기 수관(111)의 상부에 형성된 상태에서 상기 수관(111)을 화염으로부터 보호하는 내화재(112), 상기 내화재(112) 사이에 구비되는 강화채널(113) 및 상기 강화채널(113) 상에 복수 개 형성되고 목재연료에 공기를 공급하는 에어홀(114)로 이루어진다.

상기 헤더(130)는 원형 파이프를 사각 구조로 결합한 부재로서, 전후에 배치되는 파이프에 상기 수관(111)의 양단이 연결 고정되고, 외부는 내화재로 덮이게 된다. 스팀발생유닛(300)의 내부 수위에 따라 외부 제어수단과 펌프를 통해 헤더(130)의 일단에 물이 유입되고, 유입된 물은 수관(111)에서 예열되게 되며, 예열된 물은 다시 상기 헤더(130)를 통해 상부에 구비된 수직수관(210)으로 유입되게 된다.

상기 연료푸셔(150)는 연소유닛(200)의 측벽에 형성되는 연료투입구(220)를 통해 유입된 목재연료를 일정 위치에 이동시키는 역할을 한다. 이동된 목재연료는 연소열에 의해 건조가 이루어지게 되고 이후 발화 및 연소가 진행되게 된다. 상기 과정이 진행되는 동안 상기 연료투입구(220)를 통해 일정 시간마다 목재연료가 투입되게 되고, 상기 연료푸셔(150)의 푸싱으로 목재연료의 후방 이동이 이루어지게 되며, 화격자(110)의 후단부에 배치된 재수거룸(180)을 통해 재의 수거가 이루어지게 된다.

상기 에어공급룸(170)은 전술한 바와 같이 외부에 구비된 에어콤프레셔를 통해 공기를 공급받아 상기 에어홀(114)에 공기를 공급하게 되고, 인접한 재수거룸(180)과는 격벽으로 상호 분리되게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 목재연료 후방투입방식의 스팀보일러를 분해 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 대용량 스팀보일러를 분해 도시한 사시도이다. 도 4 내지 도 5를 참조하면, 전술한 바와 같이 본 발명은 목재연료의 품질 또는 스팀보일러의 용량에 따라 연료처리유닛(100)이 상이한 실시 예를 갖는다. 저품질 목재연료를 사용하는 경우 고품질 목재연료에 비해 연소가 지연되는 특성이 있으므로, 연소지연의 경우에도 일정 이상의 열효율이 유지되도록 목재연료의 후방 투입 및 전방이동이 이루어지는 방식이 채택되게 된다. 물론 상기와 같은 후단투입 방식은 고품질 목재연료가 사용되는 스팀보일러에 이용되어도 무방하다.

즉, 연료푸셔(150), 연료투입구(220) 및 화격자(110)가 후방에 배치되고 재수거룸(180)이 전방에 배치된 상태에서 목재연료의 후방 투입 및 전방이동이 이루어지게 된다. 이를 통해 연소유닛(200)의 전방은 후방보다 고온 상태가 되고, 열대류에 의해 연소가스가 전방으로 이동 후 상승하며, 연소유닛(200)의 상층부를 통해 다시 후방으로 이동한 다음, 후단에 구비된 연관유도덕트(360)로 배출되게 된다. 따라서, 연소유닛(200) 내부에서 연소가스의 체류시간이 연장됨으로써 목재연료의 전방투입방식에 비해 열효율이 향상될 수 있다.

또한, 대용량의 스팀보일러의 경우, 다량의 목재연료를 이동시켜야 하기 때문에 큰 출력의 실린더와 강도를 강화한 연료푸셔(150)가 요구되게 된다. 이에 대한 대안으로서, 화격자(110)가 계단 형태의 복층 구조로 구비되고, 각층마다 별도의 연료푸셔(150)가 구비되도록 한다. 최상층 화격자(110)에 목재연료가 반복적으로 투입됨에 따라 후방으로 밀려진 목재연료는 차상위 화격자(110)로 낙하하게 되고, 차상위 화격자(110)에 구비된 연료푸셔(150)에 의해 다시 후방 이동이 이루어지며, 최종단계에서 재가 상기 재수거룸(180)에 수거되게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러 중 연소유닛의 요부를 도시한 사시도이다. 도 2 및 도 6을 참조하면, 연소유닛(200)은 연료처리유닛(100)에 안치된 목재연료의 연소로 인해 연소가스가 생성되는 공간으로서, 상기 연료처리유닛(100)의 상부에 배치되고, 4면의 외벽이 구비된 상태에서 양 측벽에는 상기 헤더(130)로부터 토출된 물이 유입되는 수직수관(210)이 배열 고정되게 된다. 또한, 전후 외벽(230)의 상부에는 스팀발생유닛(300)이 안치되도록 라운드부(231)가 형성되고, 전면 외벽(230)에는 내부 수리 및 청소를 위해 출입문(232)이 형성되게 된다.

상기 수직수관(210)의 상하에는 수관지지헤더(220)가 구비되고, 상부지지헤더(221)는 분기관(223)을 통해 스팀발생유닛(300)의 스팀챔버(310)에 연결되게 되며, 하부지지헤더(222)는 헤더(130)에 연결되게 된다. 이와 같이 별도의 수관지지헤더(220)를 구비하는 이유는, 헤더(130)에 수직수관(210)이 직접 연결되도록 하는 것은 제작상 곤란하고 특히, 헤더(130)의 강도 측면에서 바람직하지 않으며, 수직수관(210)이 스팀챔버(310)에 직접 연결되는 경우 수직수관(210)의 유지보수 측면에서 바람직하지 않기 때문이다.

스팀발생유닛(300)은 화격자(110)와 수직수관(210)을 통해 예열된 물이 상기 분기관(223)을 통해 유입되고, 내부에 형성된 연관(330, 350)을 통과하는 연소가스로부터 열을 전달받아 물의 스팀화가 이루어지는 구성이다. 이를 위해 상기 스팀발생유닛(300)은 스팀챔버(310), 상기 스팀챔버(310)의 내부에 형성되는 연관(330, 350), 상기 스팀챔버(310)의 후방에 구비되는 연관유도덕트(360)와 배출덕트(370) 및 상기 스팀챔버(310)의 전방에 구비되는 방향전환실(380)로 이루어진다.

상기 스팀챔버(310)는 상기 전후 외벽(230)의 라운드부(231)에 안치되고 상기 수직수관(210)으로부터 유입되는 물이 격리되도록 전후에 경판(311)이 형성되게 된다. 또한, 상기 스팀챔버(310)의 상부에는 생성된 스팀을 외부로 이송시키기 위해 배출플랜지(312)가 형성되고, 측면에는 스팀의 발생 상태를 관찰할 수 있도록 투시부(313)가 구비되게 된다.

상기 스팀챔버(310)는 내부에 고압의 증기압이 작용하는 특성상 강도 강화를 위해 양단 내벽에 보강리브(314)가 형성되고, 상기 경판(311)도 강도를 고려한 두께로 스팀챔버(310)의 양단부에 고정되게 된다.

상기 연관(330, 350)은 상기 연관유도덕트(360)를 통해 연소유닛(200)에서 발생되는 연소가스가 유입되게 되고, 배관 벽을 통해 연소가스의 열이 상기 스팀챔버(310)에 집수된 물에 전달됨으로써 스팀이 발생되도록 하는 역할을 한다.

이를 위해 상기 연관(330, 350)은 상기 경판(311)에 양단이 고정되고 상기 스팀챔버(310)의 일측에 다발 형태로 구비되는 전연관(330) 및 상기 경판(311)에 양단이 고정되고 상기 스팀챔버(310)의 타측에 다발형태로 구비되는 후연관(350)으로 이루어진다. 즉, 상기 연관유도덕트(360)를 통해 유입된 연소가스는 먼저 전연관(330)을 통과한 다음 상기 방향전환실(380)을 거쳐 후연관(350)을 통과하고, 최종적으로 상기 배출덕트(370)를 통해 외부로 배출되게 된다.

상기 연관(330, 350)은 상기 경판(311)에 고정된 상태에서 고압의 증기압이 배관의 길이방향으로 작용하게 되므로, 고정강화를 위해 일부의 관은 나머지 관의 두께보다 두꺼운 관을 채용, 상기 경판(311)에 고정되도록 한다.

또한, 상기 연관(330, 350)은 연소가스에 의한 그을음이 수시로 침적되므로, 유지보수가 용이하도록 직선 배관 형태로 구비되도록 하고, 개폐도어가 구비된 상기 방향전환실(380)을 통해 유지보수가 이루어지도록 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

100: 연료처리유닛
110: 화격자 111: 수관
130: 헤더 150: 연료푸셔
170: 에어공급룸 180: 재수거룸
200: 연소유닛
210: 수직수관 230: 스팀지지판
300: 스팀발생유닛
310: 스팀챔버 311: 경판
330: 전연관 350: 후연관
360: 연관유도덕트 370: 배출덕트
380: 방향전환실

Claims (4)

1. 내부에 병렬배치되는 수관(111)을 갖는 화격자(110), 상기 화격자(110)의 외곽에 배치된 상태에서 상기 수관(111)과 연결되는 헤더(130), 일정 시간마다 투입되는 목재를 상기 화격자(110)의 일정 위치에 배치시키는 연료푸셔(150), 상기 화격자(110)의 하부에 구비된 상태에서 에어홀(114)에 공기를 공급하며 인접한 재수거룸(180)과는 격벽으로 상호 분리되는 에어공급룸(170) 및 상기 화격자(110)의 후단에 배치된 상태에서 화격자(110)로부터 배출되는 재를 수용하는 재수거룸(180)으로 이루어지는 연료처리유닛(100);
   4면의 외벽으로 이루어지고, 상기 외벽이 상기 연료처리유닛(100)의 상부에 배치되며, 측면 외벽에는 상기 헤더(130)로부터 물이 유입되는 복수 개의 수직수관(210)이 배열되고, 전후 외벽(230)의 상부에는 라운드부(231)가 형성되는 연소유닛(200); 및
   상기 라운드부(231)에 안치되는 스팀챔버(310), 상기 스팀챔버(310)의 내부에 형성되는 연관(330, 350), 상기 연소유닛(200)에서 발생되는 연소가스가 상기 연관(330, 350)에 유입되도록 하는 연관유도덕트(360), 상기 연관(330, 350)으로부터 토출되는 연소가스를 외부로 배출하는 배출덕트(370)와 상기 스팀챔버(310)의 전방에 구비되고 상기 연관(330, 350)과 연결되는 방향전환실(380)로 이루어지는 스팀발생유닛(300);
   으로 구성되며,
   상기 연료처리유닛(100)은,
   후면에 상기 연료푸셔(150)가 구비되고, 전방에 재수거룸(180)이 배치되며, 상기 재수거룸(180)의 후방에 상기 화격자(110) 및 에어공급룸(170)이 구비되도록 하여, 연소유닛(200)의 전방이 후방보다 고온 상태가 되고, 열대류에 의해 연소가스가 전방으로 이동 후 상승하며, 연소가스가 상기 연소유닛(200)의 상층부를 통해 다시 후방으로 이동한 다음, 후단에 구비된 연관유도덕트(360)로 배출되면서 연소가스가 상기 연소유닛(200) 내부에서 체류시간이 연장되면서 열효율이 향상되도록 하며,
   상기 화격자(110)는,
   계단 형태의 복층 구조로 구비되고, 각층의 화격자(110)에는 연료푸셔(150)가 각각 구비되도록 하여, 최상층 화격자에 목재연료가 반복적으로 투입됨에 따라 후방으로 밀려진 목재연료가 차상위 화격자에 낙하하며, 상기 차상위 화격자에 구비된 연료푸셔에 의해 다시 후방 이동이 이루어지면서 재수거룸(180)에 재가 수거될 수 있는 것을 특징으로 하는 목재연료 처리수단이 구비된 스팀보일러.
   
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