KR101107718B1 - 건식 석탄 가스화기 버너 - Google Patents

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개시된 건식 석탄 가스화기 버너는 석탄가스화 복합발전 시스템의 가스화기 내로 미분탄 및 산화제를 공급하는 것으로서, 내부에 냉각수가 흐르는 바디 및 상기 바디 내측에 설치되어 상기 미분탄 및 상기 산화제의 공급 경로를 형성하는 노즐 팁을 포함하되, 상기 노즐 팁은 상기 미분탄의 이동 경로를 제공하는 미분탄 이동로 및 상기 미분탄 이동로에 상기 산화제를 공급하는 산화제 공급로가 형성된 배출관 및 상기 배출관 주위를 둘러싸며, 상기 미분탄 이동로를 통해 배출된 상기 산화제가 혼합된 미분탄에 상기 산화제를 공급하는 산화제 공급관을 포함할 수 있다. 이에 의하면, 미분탄으로 분사되는 산화제에 대해 소정 각도를 갖도록 함으로써 미분탄의 혼합도 및 분산도를 증가시킬 수 있어 미분탄의 가스화를 촉진시키고 용이하게 할 수 있다.
또한, 산화제가 공급되는 경로에 길이와 구경이 가변적인 삽입관의 삽입에 의하여 가스화기 내부에서의 화염 길이를 조절할 수 있어 가스화기 내의 내화물 손상을 방지할 수 있다.

Description

건식 석탄 가스화기 버너{GASIFIER BURNER FOR DRY COAL}
본 발명은 건식 석탄 가스화기 버너에 관한 것으로서, 특히 석탄가스화 복합발전 시스템에서 미분탄과 산화제의 공급 및 혼합하는 건식 석탄 가스화기 버너에 관한 것이다.
석탄을 이용한 차세대 발전 시스템으로 석탄가스화 복합발전(IGCC; Integrated Gasification Combined Cycle)이 하나의 대안으로 제시되고 있다.
고청정 환경성의 측면에서 석탄가스화 복합발전 설비는 기존의 유연탄 화력발전 방식에 비하여 SOx, NOx 및 분진 등의 배출량을 크게 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 재(ash)를 분진 형태가 아닌 용융된 후 엉긴 슬랙(slag) 형태로 수거하므로 환경적으로 안전하며, 슬랙과 탈황 공정에서 만들어지는 황(S) 원소를 회수하여 경제성 있는 부산물로 활용할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 석탄 가스화 복합발전 시스템은 25기압 이상의 고압에서 미분탄과 산 화제 등을 반응시켜 석탄 가스를 추출하는 가스화기를 포함하는데, 상기 미분탄과 같은 분체를 가스화기 내부로 공급하는 과정에서 상기 미분탄이 골고루 분포되지 않거나 버너에서의 화염 형성이 길게될 경우가 발생될 수 있다.
이 경우, 상기 가스화기 내부의 내화물에 손상을 입혀 가스화 성능이 저하되거나 유지 보수에 따른 비용이 낭비되는 등과 같은 문제점이 생긴다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미분탄과 산화제의 혼합도를 높여 상기 가스화기 내에서 미분탄의 분산도를 증가시키고, 화염의 길이를 줄일 수 있는 개선된 건식 석탄 가스화기 버너를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 건식 석탄 가스화기 버너는 석탄가스화 복합발전 시스템의 가스화기 내로 미분탄 및 산화제를 공급하는 것으로서, 내부에 냉각수가 흐르는 바디 및 상기 바디 내측에 설치되어 상기 미분탄 및 상기 산화제의 공급 경로를 형성하는 노즐 팁을 포함하되, 상기 노즐 팁은 상기 미분탄의 이동 경로를 제공하는 미분탄 이동로 및 상기 미분탄 이동로에 상기 산화제를 공급하는 산화제 공급로가 형성된 배출관 및 상기 배출관 주위를 둘러싸며, 상기 미분탄 이동로를 통해 배출된 상기 산화제가 혼합된 미분탄에 상기 산화제를 공급하는 산화제 공급관을 포함할 수 있다.
상기 미분탄 이동로와 상기 산화제 공급로 사이에는 복수개의 제1 연통로가 형성되고, 상기 산화제 공급관에는 복수개의 제2 연통로가 형성되되, 상기 제1 연통로 및 상기 제2 연통로는 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제1 연통로 및 상기 제2 연통로에는 삽입관이 더 삽입될 수 있다.
상기 삽입관의 크기 변화 및 상기 산화제의 공급 비율 변화에 의하여 상기 가스화기 내부의 화염 길이를 조절할 수 있다.
상기 제1 연통로 및 상기 제2 연통로의 경사각은 상기 배출관의 수직축 및 수평축 각각과 10~45도 이내일 수 있다.
상기 제2 연통로는 상기 산화제 공급관에 복수개가 서로 이격되게 형성되되, 상기 배출관을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 복수개의 제1 연통로 및 상기 복수개의 제2 연통로를 통해 배출된 상기 산화제는 각각 서로 교차하는 부분에 난류를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 건식 석탄 가스화기 버너에 의하면, 미분탄으로 분사되는 산화제에 대해 소정 각도를 갖도록 함으로써 미분탄의 혼합도 및 분산도를 증가시킬 수 있어 미분탄의 가스화를 촉진시키고 용이하게 할 수 있다.
또한, 산화제가 공급되는 경로에 길이와 구경이 가변적인 삽입관의 삽입에 의하여 가스화기 내부에서의 화염 길이를 조절할 수 있어 가스화기 내의 내화물 손상을 방지할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 건식 석탄 가스화기 버너에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스화기를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 가스화기 중 건식 석탄 가스화기 버너를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2의 배출관에 대해 산화제 공급관의 배치 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 건식 석탄 가스화기 버너(100)는 석탄가스화 복합발전 시스템의 가스화기(10)에 설치되어 석탄과 같은 미분탄 및 산소 등과 같은 산화제를 가스화기 내로 유입시켜 석탄 가스를 생성하여 추출될 수 있게 한다.
건식 석탄 가스화기 버너(100)는 바디(110) 및 노즐 팁(120)을 포함할 수 있다.
바디(110)는 파이프 형태로 중공에는 노즐 팁(120)이 결합되고, 내부에는 고온의 외부로부터 노즐 팁(120)을 보호하기 위하여 냉각수가 흐른다.
노즐 팁(120)은 배출관(121) 및 산화제 공급관(126)을 포함할 수 있다.
배출관(121)은 양측이 개방된 파이프 형태로, 중공은 미분탄 이동로(122)로써 질소 가스에 의하여 상기 배출관(121) 내로 미분탄이 공급되며, 미분탄 이동로(122) 주위의 배출관(121) 내부에는 산화제 공급로(123)가 형성될 수 있다.
산화제 공급로(123)는 배출관(121)을 드릴과 같은 장비로 뚫어 형성시킬 수 있다.
산화제 공급로(123)와 미분탄 이동로(122) 사이에는 제1 연통로(124)가 형성되어 산화제 공급로(123)로부터 미분탄 이동로(122)에 산화제를 공급하여 미분탄과 산화제가 혼합되게 할 수 있다.
제1 연통로(124)는 배출관(121)의 수직축과 수평축 각각에 대하여 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
소정 각도는 산화제와 미분탄 사이의 혼합 시 난류를 형성하여 혼합이 원활히 이루어지게 하기 위한 것으로서, 난류는 상기 미분탄 이동로를 통해 공급된 산화제들이 서로 교차하는 지점에서 발생되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 조건을 만족하기 위해 소정 각도(a)는 10~45도 이내인 것이 바람직하다.
제1 연통로(124)에는 삽입관(125)이 더 삽입될 수 있는데, 삽입관(125)은 그 길이와 중공의 구경 등의 변경 및 산화제의 공급 비율을 변경함으로써 가스화기(10) 내부의 화염 길이를 조절하여 가스화기(10) 내부에 있는 내화물의 손상을 줄일 수 있다.
산화제 공급관(126)은 파이프 형태로 중공에 상기 배출관(121)이 수용되어 배출관(121)을 둘러싸는 형태를 이루고, 내부에 산화제 이동 경로(129)가 형성된다.
산화제 공급관(126) 내에 형성된 산화제 이동 경로(129)의 일측은 폐쇄된 형태이되, 폐쇄된 부분에는 제2 연통로(127)가 경사지게 형성되어 배출관(121)의 미분탄 이동로(122)를 통해 배출된 미분탄과 산화제의 혼합물에 재차 산화제를 공급할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 제2 연통로(127)는 산화제 공급관(126)에 복수개가 형성될 수 있는데, 복수개의 제2 연통로(127)는 서로 이격 배치되어 상기 배출관(121)을 둘러싸는 형태일 수 있다.
제2 연통로(127)는 배출관(121)의 수직축 및 수평축 각각에 대해 소정 각도(b)로 경사진 각을 가지되, 바람직하게는 10~45도 이내로 형성될 수 있다.
제2 연통로(127)로부터 공급된 산화제는 서로 교차하는 부분에서 난류를 형성하여 미분탄과 산화제 사이의 혼합을 촉진시킬 수 있다.
특히, 제2 연통로(127)로부터 공급되는 산화제는 미분탄 이동로(122)를 통해 이동된 미분탄의 가장자리 부분으로 분사되기 때문에 중심보다 약한 압력(유량)을 갖는 가장자리 부분까지 난류의 발생 범위를 증가시킬 수 있다.
제2 연통로(127)에도 삽입관(128)이 더 삽입되어 그 길이 변화 및 구경 변화에 따라, 그리고 산화제의 공급 비율에 따라 가스화기(10) 내부의 화염 길이를 조절할 수 있어 가스화기(10) 내부의 내화물 손상을 줄일 수 있다.
상기와 같은 구조의 건식 석탄 가스화기 버너(100)는 미분탄 이동로(122)를 통해 질소 가스에 의해 미분탄이 이동하고, 미분탄의 이동 중 산화제 공급로(123)를 통해 산화제가 분사되어 1차적으로 미분탄과 산화제가 혼합되어 미분탄의 가스화가 이루어진다.
배출관(121) 내에서 1차 가스화가 이루어진 미분탄은 배출관(121)으로부터 배출되면서 산화제 공급관(126)을 통해 분사된 산화제와 혼합되어 2차적으로 가스화가 이루어진다.
이때, 산화제 공급관을 통해 분사되는 산화제는 특히 배출관(121)으로부터 배출된 미분탄의 가장자리 영역의 난류 형성을 촉진시킴에 의하여 미분탄과 산화제 사이의 혼합도를 증가시키고, 미분탄의 분산도를 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 건식 석탄 가스화기 버너(100)에 의하면, 미분탄으로 분사되는 산화제에 대해 소정 각도를 갖도록 함으로써 미분탄의 혼합도 및 분산도를 증가시킬 수 있어 미분탄의 가스화를 촉진시키고 용이하게 할 수 있다.
또한, 산화제가 공급되는 경로에 길이와 구경이 가변적인 삽입관(125,128)의 삽입에 의하여 가스화기(10) 내부에서의 화염 길이를 조절할 수 있어 가스화기(10) 내의 내화물 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스화기를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 가스화기 중 건식 석탄 가스화기 버너를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 배출관에 대해 산화제 공급관의 배치 형태를 개략적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100... 건식 석탄 가스화기 버너 110... 바디
120... 노즐 팁 121... 배출관
122... 미분탄 이동로 123... 산화제 이동로
124... 제1 연통로 125, 128... 삽입관
126... 산화제 공급관 127... 제2 연통로

Claims (7)

  1. 석탄가스화 복합발전 시스템의 가스화기 내로 미분탄 및 산화제를 공급하는 건식 석탄 가스화기 버너에 있어서,
    내부에 냉각수가 흐르는 바디; 및
    상기 바디 내측에 설치되어 상기 미분탄 및 상기 산화제의 공급 경로를 형성하는 노즐 팁을 포함하되,
    상기 노즐 팁은,
    상기 미분탄의 이동 경로를 제공하는 미분탄 이동로 및 상기 미분탄 이동로에 상기 산화제를 공급하는 산화제 공급로가 형성된 배출관; 및
    상기 배출관 주위를 둘러싸며, 상기 미분탄 이동로를 통해 배출된 상기 산화제가 혼합된 미분탄에 상기 산화제를 공급하는 산화제 공급관을 포함하고,
    상기 미분탄 이동로와 상기 산화제 공급로 사이에 상기 배출관의 수직축 및 수평축에 대하여 경사각을 가지게 형성되어 상기 산화제 공급로로부터 상기 미분탄 이동로에 산화제를 공급하여 상기 미분탄과 상기 산화제가 혼합되게 할 수 있는 복수개의 제1 연통로, 및
    상기 산화제 공급관의 일측에 상기 배출관의 수직축 및 수평축에 대하여 경사각을 가지게 형성되어 상기 미분탄 이동로를 통해 배출된 미분탄과 산화제의 혼합물에 재차 산화제를 공급할 수 있는 복수개의 제2 연통로를 포함하며,
    상기 제1 연통로 및 상기 제2 연통로 내에는 각각 삽입관이 삽입되는 것을 특징으로 하는 건식 석탄 가스화기 버너.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 삽입관의 크기 및 상기 산화제의 공급 비율에 따라 상기 가스화기 내부의 화염 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 건식 석탄 가스화기 버너.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 연통로 및 상기 제2 연통로의 상기 경사각은 상기 배출관의 수직축 및 수평축 각각에 대하여 10~45도 이내인 것을 특징으로 하는 건식 석탄 가스화기 버너.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제2 연통로는 서로 이격되게 상기 산화제 공급관에 형성되되, 상기 배출관을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 건식 석탄 가스화기 버너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 연통로를 통해 배출된 산화제가 서로 교차하는 부분에 난류를 형성하며, 상기 복수개의 제2 연통로를 통해 배출된 산화제가 서로 교차하는 부분에 난류를 형성하는 것을 특징으로 하는 건식 석탄 가스화기 버너.
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