KR100969950B1 - 석탄 열분해 반응로의 촤배출관 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄 열분해반응로의 촤배출관 결합구조에 관한 것으로, 더 상세하게는 열분해반응로에서 석탄을 열분해시키고 남은 잔재인 촤를 배출하기 위한 수단으로 열분해반응로의 내부에 촤배출관을 설치하여 공기 분사노즐에 의해 유동된 촤를 회수해 외부로 배출하도록 하되 상기 촤배출관은 반응로의 중공부를 열분해챔버와 공기분배챔버로 구획한 공기분배판과 용접하여 구획된 두 챔버간에 가스유동을 차단시키고, 상기 공기분배챔버의 하단은 촤배출관과 면접되는 구간에 중공부를 형성하여 실링이 이루어지도록 하고 상기 실링부가 이탈되는 것을 방지하기 위해 고정플랜지를 설치하였다. 따라서, 상기 촤배출관은 열분해반응로와 틈새없는 결합이 이루어지도록 하되 열팽창에 의한 인장길이를 흡수할 수 있는 구조를 갖는 석탄 열분해반응로의 촤배출관 결합구조에 관한 것이다.

열분해반응로, 촤배출관, 공기분배판, 용접, 고정플랜지, 냉각관

Description

석탄 열분해 반응로의 촤배출관 결합구조{Connecting Structure of Char Discharging Pipe for Pyrolysis-Reactor}

본 발명은 석탄 열분해반응로의 촤배출관 결합구조에 관한 것으로, 더 상세하게는 열분해반응로에서 석탄을 열분해시키고 남은 잔재인 촤를 배출하기 위한 수단으로 열분해반응로의 내부에 촤배출관을 설치하여 공기 분사노즐에 의해 유동된 촤를 회수해 외부로 배출하도록 하되 상기 촤배출관은 반응로의 중공부를 열분해챔버와 공기분배챔버로 구획한 공기분배판과 용접하여 구획된 두 챔버간에 가스유동을 차단시키고, 상기 공기분배챔버의 하단은 촤배출관과 면접되는 구간에 중공부를 형성하여 실링이 이루어지도록 하고 상기 실링부가 이탈되는 것을 방지하기 위해 고정플랜지를 설치하였다. 따라서, 상기 촤배출관은 열분해반응로와 틈새없는 결합이 이루어지도록 하되 열팽창에 의한 인장길이를 흡수할 수 있는 구조를 갖는 석탄 열분해반응로의 촤배출관 결합구조에 관한 것이다.

일반적으로 고체연료로부터 가연성가스와 오일을 수득하는 방법으로 열분해공정이 사용되고 있다. 상기 열분해공정은 열분해반응로에 충전된 유동층물질을 유동화가스와 함께 유동시켜 열분해반응로를 고온으로 유지시킨 상태에서 고체연료인 석탄을 투입하여 열분해가 이루어지도록 하고, 상기 열분해에 의해 생성된 가스와 오일을 수득하고 있다. 상기 열분해반응로는 챔버 중간에 다수의 분사노즐을 갖는 공기분배판이 형성되어 상하부를 구획하여 상부챔버에 석탄이 공급되도록 하고, 하부챔버에는 유동화가스를 유입시켜 공기분배판의 분사노즐을 통해 상부로 분사되도록 함으로써 상부챔버에 충전된 유동층물질과 공급받은 석탄이 유동되면서 열분해가 이루어지도록 한다.

여기서 상기 석탄은 열분해에 의해 다수의 가스성분과 오일 및 고체잔여물인 촤(char)로 분리되며, 상기 촤는 열분해반응로의 중심에 설치된 촤배출관을 통해 외부로 배출된다. 이러한 촤배출관은 열분해열을 전달받아 열팽창됨으로 열분해반응로와의 결합은 열반응로 하단부에만 이루어지고 공기분배판과는 일정틈이 형성되어 열팽창이 자유롭게 이루어지도록 하고 있다.

예컨대, 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허등록공고 10-0213987호(1999.05.17 등록)에는 가압유동층연소로의 하부회 배출장치를 제시하고 있다. 도 6에 도시된 바와같이 연소로(1)의 하부에 다수의 분사노즐을 갖는 공기분배판(2)이 설치되고, 연소로의 중심에는 하부회 배출관(3)이 설치된다.

상기 연소로의 하단부에 결합고정된 하부회배출관은 상단이 공기분배판을 관통하여 공기분배관의 상부에 위치해 촤를 회수하게 하는데, 이 때 상기 하부회배출관(3)과 공기분배관(2) 사이에는 일정틈을 형성하여 열분해의 고열로 인해 수평 또는 수직방향으로의 인장이 용이하게 이루어지도록 하였다. 이는 고정결합할 경우 열팽창에 의한 인장력에 의해 일부 부위에 과도한 하중이 집중되어 파손될 우려가 있으므로, 공급되는 열에 의해 신축이 용이하게 이루어지도록 한 것이다.

그러나 상기 구조는 구조적으로는 안정되나 하부회배출관과 공기분배관 사이의 틈으로 인해 유동화가스가 상부로 공급되는 문제점이 발생된다. 이는 하부회배출관의 외주면을 따라 유동화가스가 수직으로 배출됨으로 외측의 하부회가 하부회배출관의 관체 내부로 유입되는 것을 방해하도록 하기 때문에 하부회회수율도 저하되는 단점이 있다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 석탄 열분해 반응로의 촤배출관 결합구조는,

석탄을 열분해하여 남은 촤를 분리배출하도록 열분해반응로의 내부에 설치되는 촤배출관의 결합구조에 있어서, 열분해가 이루어지는 상부의 열분해챔버와; 상기 열분해챔버의 하단에 결합되어 외부로부터 유동화가스를 유입받는 공기분배챔버와; 상기 열분해챔버와 공기분배챔버 사이에 개재되고 내면에 다수의 분사노즐이 형성되어 하부 공기분배챔버의 공기를 상부 열분해챔버로 분사하는 공기분배판과; 상기 공기분배챔버와 공기분배판을 수직 관통하는 관체로 상단은 열분해챔버에 위치하여 열분해하고 남은 촤를 유입하도록 하고, 하단은 플랜지가 형성되어 외부배출장치와 결합되도록 하고, 중간부분에는 공기분배판에 용접으로 고정되는 촤배출관;을 포함하여 구성된다.

상기 공기분배챔버는 작은 직경의 관체인 소관부가 형성되어 촤배출관과 접하는 면을 증가시키고, 상기 소관부의 내주면과 촤배출관의 외주면 사이에 실링부재가 설치되어 차폐가 이루어지도록 한다.

이 때 상기 소관부의 내경은 촤배출관 직경과 유사한 크기로 형성하고, 상기 소관부의 내주면에는 홈에 의해 실링실을 형성하여 상기 실링실에 실링부재가 위치해 차폐가 이루어지도록 하거나; 상기 소관부의 내경을 촤배출관 직경보다 크게 형성하고, 상기 소관부의 상단은 중심축방향으로 촤배출관의 직경과 유사한 단턱을 형성하여 단턱 하부에 실링부재가 위치하도록 하고, 상기 소관부의 하단에는 소관부플랜지가 형성되도록 하여 고정플랜지와 볼트체결되도록 하되, 상기 고정플랜지에는 가압관부가 형성되어 상기 가압관부가 촤배출관과 소관부내경 사이 틈으로 삽설되어 실링부재를 가압고정하여 차폐가 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 상기 공기분배챔버에 위치하는 촤배출관은 수관이 내설된 냉각관에 내포되도록 하여 열팽창을 차단하도록 할 수 있다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 석탄 열분해 반응로의 촤배출 관 결합구조는,

공기분배판과 촤배출관을 용접해 일체화함으로써 용접한 부분이 열팽창에 의한 촤배출관의 길이가변 기준점이 되어 용접부분 상하방향으로 길이가 가변되도록 하고, 촤배출관과 열분해반응로 하단의 결합부분에는 실링부를 형성하여 차폐가 이루어지도록 하고, 상기 실링부의 개구된 하부측으로는 고정플랜지의 돌출관을 삽설하여 열분해반응로의 하단에 형성된 플랜지와 볼트체결함으로써 실링부가 열분해반응로의 챔버내 공기압에 의해 이탈되는 것을 방지하도록 하였다. 따라서 열팽창에 의해 촤배출관의 길이가 가변가능하게 하면서 유동화가스를 공급하는 공기분배챔버 내의 공기가 촤배출관과 공기분배챔버간의 틈에 의해 유출되는 것을 방지하도록 하였다.

또한, 본 발명은 공기분배챔버와 결합되는 촤배출관에 냉각장치를 설치하여 공기분배판 하부의 촤배출관이 열팽창에 의해 길이가 가변되는 것을 방지하도록 하여 안정적인 결합구조의 제공이 가능하게 된 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 석탄 열분해반응로(10)는 도 1을 참조한 바와같이 상부의 열분해챔버(20)와, 하부의 공기분배챔버(30)와, 상기 두 챔버 사이에 개재되는 공기분배판(40)과, 상기 열분해챔버에서 열분해하고 남은 촤를 외부로 배출시키기 위한 촤 배출관(50)으로 구성된다.

상기 열분해챔버(20)와 공기분배판(40) 및 공기분배챔버(30)는 각각 플랜지가 형성되어 일체화시킴으로써 내부에 공급되는 고체연료인 석탄을 열분해시켜 가연성가스와 오일 및 촤(char)로 분리되도록 한다. 즉, 상기 공기분배챔버(30)에는 유동화가스가 공급되어 공기분배판(40)에 형성된 다수의 분사노즐(41)을 통해 상부의 열분해챔버(20)로 공급되고, 상기 열분해챔버에는 소량씩 석탄이 공급되어 유동화가스에 의해 유동되면서 열분해가 이루어진다. 이때 열분해되고 남은 잔재인 촤는 열분해챔버(20)에 상단이 위치하는 촤배출관으로 유입되어 관로를 따라 하강하여 외부로 배출된다.

여기서 상기 촤배출관(50)은 하단에 플랜지가 형성되어 외부의 배출장치 또는 연소장치와 연결되어 있어 촤를 활용하도록 한다. 이러한 촤배출관은 공기분배챔버(30)와 공기분배판(40)을 관통하여 상단을 열분해챔버(20)에 위치시켜 유동되는 촤를 회수하도록 한다. 즉, 열분해에 의해 가연성가스와 기상의 오일성분은 상부로 상승하고 고체성분인 촤만 유동되면서 촤배출관의 상단유입구로 유입되도록 한 것이다.

이러한 촤배출관(50)은 고열을 전달받아 열팽창이 이루어지는데 종래에는 열팽창에 의해 용이하게 촤배출관이 가변되도록 촤배출관과 공기분배판 사이에 일정크기의 이격틈을 형성시켰다. 그러나 상기 이격틈으로 공기분배챔버의 고압 유동화가스가 상부 열분해챔버로 공급됨으로 촤배출관의 외주면을 따라 고압가스가 배출되어 촤배출관의 단부에 촤의 유입이 잘 이루어지지 않았다.

따라서, 본 발명에서는 상기 촤배출관(50)과 공기분배판(40) 사이를 용접한 용접부(51)를 형성하여 상부 열분해챔버(20)로의 유동화가스 공급은 공기분배판의 분사노즐(41)을 통해서만 이루어지도록 하여 촤배출관(50)으로의 촤회수율을 상승시켰다. 여기서 상기 촤배출관의 결합은 용접이외에 다른 결합수단을 이용하여 견고한 결합과 차폐가 이루어지게 하는것도 가능하다. 또한, 상기 용접부(51)를 중심으로 열분해챔버에 위치하는 촤배출관은 열팽창에 의해 상측으로 길이가변이 이루어지도록 하고 있으며, 하부에는 공기분배챔버(30)와 실링부재(33)에 의해 결합되어 일정크기의 유격을 제공하면서 유동화가스가 누출되는 것을 방지하도록 한다.

상기 공기분배챔버(30)와 촤배출관(50)의 결합구조는 공기분배챔버(30)의 하단에 작은 직경을 갖는 소관부(31)를 형성하여 촤배출관(50)과의 접촉면적을 증가시키고, 상기 소관부의 내주면과 촤배출관의 외주면 사이에는 실링부재(33)가 설치되어 차폐가 이루어지는 구조를 갖는다.

여기서 상기 소관부(31)는 도 2를 참조한 바와같이 내경이 촤배출관(50)과 유사한 크기로 형성하여 촤배출관이 소관부내에서 축방향으로 어느정도 유격이 이루어질 수 있게 하고, 상기 소관부의 내주면에는 홈에 의한 실링실(32)이 형성되도록 하여 상기 실링실에 실링부재(33)가 위치하도록 한다. 즉, 상기 실링부재는 촤배출관과 소관부의 내면사이에 발생될 수 있는 구조적인 틈새까지 차폐시켜 공기분배챔버(30)에서 고압의 유동화가스가 누출되는 것을 방지하도록 한다. 이 때 상기 실링부재는 다양한 소재의 것을 사용할 수 있으나, 탄성복원력이 강한 방열소재를 사용하여 차폐성을 더욱 향상시키면서 열팽창에 의해 촤배출관의 길이가 미세하게 가변될 수 있도록 할 수 있다.

또한 상기 소관부(31)는 도 3을 참조한 바와같이 소관부의 내경을 촤배출관(50) 직경보다 크게 형성하고, 상기 소관부의 상단은 중심방향으로 촤배출관의 직경과 유사한 직경을 갖는 단턱(311)을 형성하여 단턱하부에 실링부재(33)가 위치하도록 하고, 상기 소관부의 하단에는 소관부플랜지(312)를 형성하여 후술되는 고정플랜지(34)와 볼트체결이 이루어지도록 한다. 상기 고정플랜지(34)는 중심에 가압관부(341)가 형성되어 상기 소관부(31)의 내면과 촤배출관(50) 사이의 틈으로 가압관부(341)가 삽설되도록 한다. 이와같이 삽설된 가압관부(341)의 단부와 소관부의 내주면에 형성된 단턱 사이에 실링부재(33)가 위치하도록 하여 실링부재가 상하로 이탈되는 것을 방지하면서 차폐가 이루어지도록 한다.

또한 상기 실링부재(33)의 상하부에 위치하는 단턱(311)과 가압관부(341)의 단부는 경사면으로 형성하여 실링부재를 촤배출관 방향으로 밀착되게 할 수 있다. 즉, 단턱과 가압관부의 단부가 형성하는 간격은 촤배출관과 근접한 부분이 넓은 간격을 갖도록 하고 외측으로 갈수록 좁은 간격을 갖도록 하는등 촤배출관의 축으로부터 외측으로 갈수록 좁아지는 경사면을 갖도록 함으로써 소관부플랜지(312)와 고정플랜지(34)의 체결력이 상기 경사면에 전달되어 실링부재를 가압하여 차폐력을 향상시키도록 할 수 있다.

아울러 도 4를 참조한 바와같이 상기 촤배출관(50)의 외측으로는 냉각관(60)을 더 구비할 수 있다. 상기 촤배출관(50)은 공기분배판(40)과 용접에 의해 고정됨 으로 용접된 부분을 중심으로 상부와 하부관체가 각각 열팽창이 이루어진다. 상부의 경우에는 다른 결합없이 열분해챔버 내에 위치하기 때문에 길이 가변에 영향을 받지 않지만, 하부의 경우에는 촤배출관(50)의 하단이 배출수단과 플랜지결합되어 있어 허용 이상의 길이가변이 발생될 경우 일부분에 하중이 집중되어 파손될 수 있는 구조적인 불안요소가 내재됨으로 열팽창에 의한 가변을 최소화하는 수단이 필요하다.

따라서, 상기 용접부(51)의 하부인 공기분배챔버(30)에 위치하는 촤배출관(50)에 냉각관(60)을 설치하여 관체를 통해 전달되는 열을 회수하여 열팽창이 이루어지는 것을 방지하도록 한다. 상기 냉각관(60)은 내부에 수관(61)이 형성되데 상기 수관이 촤배출관(50)을 권취하도록 함으로써 유입된 냉각수가 촤배출관의 외주면을 따라 진행되면서 촤배출관의 온도를 낮추게 한다.

상기 냉각관(60)이 설치된 촤배출관(50)을 사용할때에도 공기분배챔버(30)와의 결합구조는 공기분배챔버에 소관부(31)를 형성하고, 상기 소관부의 내주면에는 홈에 의한 실링실(32)을 형성하여 상기 실링실에 내각관의 외주면에 설치된 실링부재(33)가 위치하도록 한다.

또한, 도 5에 도시된 바와같이 소관부(31)의 내경은 냉각관 직경보다 크게 형성하고, 상기 소관부의 상단은 중심축방향으로 단턱(311)을 형성하여 단턱 하부에 실링부재(33)가 위치하도록 하고, 상기 소관부의 하단에는 소관부플랜지(312)가 형성되도록 하여 고정플랜지(34)와 볼트체결되도록 하되, 상기 고정플랜지에는 가압관부(341)가 형성되어 상기 가압관부(341)가 냉각관(60)과 소관부(31) 내경 사이 틈으로 삽설되어 실링부재를 가압고정하여 차폐가 이루어지도록 한다.

상기한 바와같은 구조는 촤배출관(50)과 공기분배판(40)을 용접에 의해 차폐시킴으로써 공기분배챔버(30)의 고압 유동화가스가 누출되는 것을 방지하고, 상기 촤배출관(50)과 공기분배챔버(30)의 하단은 실링부재(33)를 이용하여 차폐가 이루어지도록 하되 공기분배챔버(30)의 소관부플랜지(312)와 고정플랜지(34)에 의해 견고한 결합구조를 제공한다.

한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 석탄 열분해반응로의 전체 개략단면도.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 촤배출관 결합구조를 도시한 단면도.

도 3는 본 발명의 제2실시예에 따른 촤배출관 결합구조를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 촤배출관 결합구조를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 촤배출관 결합구조를 도시한 단면도.

도 6은 종래 촤배출관의 결합구조를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열분해반응로 20 : 열분해챔버

30 : 공기분배챔버 31 : 소관부

32 : 실링실 33 : 실링부재

34 : 고정플랜지 40 : 공기분배판

41 : 분사노즐 50 : 촤배출관

51 : 용접부 60 : 냉각관

61 : 수관 311 : 단턱

312 : 소관부플랜지 341 : 가압관부

Claims (8)

1. 삭제
2. 석탄을 열분해하여 남은 촤를 분리배출하도록 열분해반응로의 내부에 설치되는 촤배출관의 결합구조에 있어서,

   열분해가 이루어지는 상부의 열분해챔버(20)와;

   상기 열분해챔버의 하단에 결합되어 외부로부터 유동화가스를 유입받는 공기분배챔버(30)와;

   상기 열분해챔버와 공기분배챔버 사이에 개재되고 내면에 다수의 분사노즐(41)이 형성되어 하부 공기분배챔버의 공기를 상부 열분해챔버로 분사하는 공기분배판(40)과;

   상기 공기분배챔버(30)와 공기분배판(40)을 수직 관통하는 관체로 상단은 열분해챔버에 위치하여 열분해하고 남은 촤를 유입하도록 하고, 하단은 플랜지가 형성되어 외부배출장치와 결합되도록 하고, 중간부분에는 공기분배판(40)에 용접으로 고정되는 촤배출관(50);을 포함하여 구성하되;

   상기 공기분배챔버(30)는 작은 직경의 관체인 소관부(31)가 형성되어 촤배출관(50)과 접하는 면을 증가시키고, 상기 소관부의 내주면과 촤배출관의 외주면 사이에 실링부재(33)가 설치되어 차폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 석탄 열분해반응로의 촤배출관 결합구조.
3. 제2항에 있어서,

   상기 소관부(31)의 내경은 촤배출관(50) 직경과 유사한 크기로 형성하고, 상기 소관부의 내주면에는 홈에 의해 실링실(32)을 형성하여 상기 실링실에 실링부재(33)가 위치해 차폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 석탄 열분해반응로의 촤배출관 결합구조.
4. 제2항에 있어서,

   상기 소관부(31)의 내경은 촤배출관(50) 직경보다 크게 형성하고, 상기 소관부의 상단은 중심축방향으로 촤배출관의 직경과 유사한 단턱(311)을 형성하여 단턱 하부에 실링부재(33)가 위치하도록 하고, 상기 소관부의 하단에는 소관부플랜지(312)가 형성되도록 하여 고정플랜지(34)와 볼트체결되도록 하되, 상기 고정플랜지에는 가압관부(341)가 형성되어 상기 가압관부가 촤배출관과 소관부내경 사이 틈으로 삽설되어 실링부재를 가압고정하여 차폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 석탄 열분해 반응로의 촤배출관 결합구조.
5. 석탄을 열분해하여 남은 촤를 분리배출하도록 열분해반응로의 내부에 설치되는 촤배출관의 결합구조에 있어서,

   열분해가 이루어지는 상부의 열분해챔버(20)와;

   상기 열분해챔버의 하단에 결합되어 외부로부터 유동화가스를 유입받는 공기분배챔버(30)와;

   상기 열분해챔버와 공기분배챔버 사이에 개재되고 내면에 다수의 분사노즐(41)이 형성되어 하부 공기분배챔버의 공기를 상부 열분해챔버로 분사하는 공기분배판(40)과;

   상기 공기분배챔버(30)와 공기분배판(40)을 수직 관통하는 관체로 상단은 열분해챔버에 위치하여 열분해하고 남은 촤를 유입하도록 하고, 하단은 플랜지가 형성되어 외부배출장치와 결합되도록 하고, 중간부분에는 공기분배판(40)에 용접으로 고정되는 촤배출관(50);을 포함하여 구성하되;

   상기 공기분배챔버에 위치하는 촤배출관(50)은 수관(61)이 내설된 냉각관(60)에 내포되도록 하여 열팽창을 차단하도록 한 것을 특징으로 하는 석탄 열분해 반응로의 촤배출관 결합구조.
6. 제5항에 있어서,

   상기 공기분배챔버(30)는 작은 직경의 관체인 소관부(31)가 형성되어 냉각관(60)과 접하는 면을 증가시키고, 상기 소관부의 내주면과 냉각관의 외주면 사이에 실링부재(33)가 설치되어 차폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 석탄 열분해반응로의 촤배출관 결합구조.
7. 제6항에 있어서,

   상기 소관부(31)의 내경은 냉각관(60) 직경과 유사한 크기로 형성하고, 상기 소관부의 내주면에는 홈에 의해 실링실(32)을 형성하여 상기 실링실에 실링부재(33)가 위치해 차폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 석탄 열분해반응로의 촤배출관 결합구조.
8. 제6항에 있어서,

   상기 소관부(31)의 내경은 냉각관(60) 직경보다 크게 형성하고, 상기 소관부의 상단은 중심축방향으로 냉각관(60)의 직경과 유사한 단턱(311)을 형성하여 단턱 하부에 실링부재(33)가 위치하도록 하고, 상기 소관부의 하단에는 소관부플랜지(312)가 형성되도록 하여 고정플랜지(34)와 볼트체결되도록 하되, 상기 고정플랜지에는 가압관부(341)가 형성되어 상기 가압관부가 냉각관과 소관부 내경 사이틈으 로 삽설되어 실링부재를 가압고정하여 차폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 석탄 열분해 반응로의 촤배출관 결합구조.

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