KR101331257B1 - 슬래그 용융 버너 장치 - Google Patents

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도시미 오츠카
요시노리 고야마
가츠히코 요코하마
야스나리 시바타
준 가사이
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
홋카이도 덴료쿠 가부시키가이샤
토호쿠 덴료쿠 가부시키가이샤
도쿄 덴료쿠 가부시기가이샤
쥬부일렉트릭파워가부시끼가이샤
호쿠리쿠 덴료쿠 카부시키카이샤
죠반 교도 가료쿠 가부시키가이샤
쥬코쿠 덴료쿠 가부시키 가이샤
시코쿠 덴료쿠 가부시키가이샤
규슈덴료쿠 가부시키가이샤
일렉트릭 파워 디벨롭먼트 컴퍼니 리미티드
잇빤자이단호징 덴료쿠추오켄큐쇼
간사이 덴료쿠 가부시키가이샤
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Abstract

외통의 내주면이 증기의 막으로 덮여, 열 전달률이 저하되어 외통의 관벽 온도가 급상승되는 현상을 방지할 수 있어, 외통의 열에 의한 손상을 방지한다. 또, 버너 선단부에서의 냉각 효율의 불균일에 의한 냉각 부족에서 기인된 버너의 소실을 방지한다. 2 단 분류상 석탄 가스화 노 내에 위치하는 선단부가, 외통과 내통을 갖는 이중관 구조로 되고, 또한, 선단부를 냉각시키는 냉각수가, 내통의 내측을 통과하여 공급되어, 선단부를 냉각시킨 후, 외통과 내통 사이에 형성된 공간 내를 통과하여 기단측으로 되돌려지도록 구성되어 있음과 함께, 외통과 내통 사이에 형성된 공간의 유로 면적이, 내통의 내측에 형성된 유로 면적보다 작아지도록 구성되어 있고, 외통과 내통 사이에 형성된 공간을 통과하여 기단측으로 되돌려지는 냉각수에, 내통의 외주면에 형성된 가이드를 따른 선회류와, 외통 및 내통의 길이 방향을 따른 거의 직선적인 흐름이 부여되도록 구성되어 있다.

Description

슬래그 용융 버너 장치{SLAG MELTING BURNER APPARATUS}
본 발명은, 슬래그 홀에 부착 성장한 고형 슬래그나 고드름 형상 슬래그를 용이하게 용해시켜, 절단하는 슬래그 용융 버너 장치에 관한 것이다.
슬래그 홀에 부착 성장한 고형 슬래그나 고드름 형상 슬래그를 용해시켜, 절단할 수 있는 슬래그 용융 버너 장치로서는, 예를 들어, 특허문헌 1 에 개시된 것이 알려져 있다.
일본 공개특허공보 평8-312937호
상기 특허문헌 1 에 개시된 슬래그 용융 버너 장치에서는, 2 단 분류상 (噴流床) 석탄 가스화 노 내에 삽입된 선단부를 냉각시키는 냉각수가, 냉각수 배관을 통해 선단부 근방으로 유도된 후, 외통에 형성된 냉각수 출구를 통해 외부로 배출되게 되어 있다. 그 때문에, 선단부를 냉각시켜 냉각수 출구에 도달할 때 동안에 냉각수의 일부가 증발해 버려, 외통의 내주면이 증기의 막으로 덮여, 열 전달률이 저하되어 외통의 관벽 온도가 급상승되어, 외통이 열에 의해 손상되어 버릴 우려가 있었다.
또, 슬래그 용융 버너 장치에서는 연료의 산화제로서 순산소를 사용하는데, 소실 방지를 위해 버너 선단부를 충분히 불균일 없이 냉각시킬 필요가 있다. 상기 특허문헌 1 에 개시된 슬래그 용융 버너 장치에서는, 냉각수는 선단부 근방에 냉각수 배관을 통해 유도되는데, 냉각수 배관의 출구 근방과 그 이외의 부위에서 냉각 효율의 불균일이 생겨 버너 선단부 전체를 균일하게 효율적으로 냉각시킬 수 없다. 이 때문에, 특히 대형 버너의 경우에는, 버너 선단부에 냉각이 불충분한 부위가 생기고, 나아가서는 소실에 이를 우려가 있었다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 외통의 내주면이 증기의 막으로 덮여, 열 전달률이 저하되어 외통의 관벽 온도가 급상승되는 현상 (DNB：Departure of Nuclear Boiling) 을 방지할 수 있어, 외통의 열에 의한 손상을 방지할 수 있는 슬래그 용융 버너 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이하의 수단을 채용했다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치는, 컴버스터에 기체 반송된 미분탄을 연소시키고, 리덕터에서 그 연소 가스 중에 동일하게 기체 반송된 미분탄을 투입, 건류하여 가스화함과 함께, 불연분을 용융 슬래그로서 슬래그 홀에서 배출하는 2 단 분류상 석탄 가스화 노의 슬래그 용융 버너 장치로서, 상기 2 단 분류상 석탄 가스화 노 내에 위치하는 선단부가, 외통과 내통을 갖는 이중관 구조로 되고, 또한, 상기 선단부를 냉각시키는 냉각수가, 상기 내통의 내측을 통과하여 공급되어, 상기 선단부를 냉각시킨 후, 상기 외통과 상기 내통 사이에 형성된 공간 내를 통과하여 기단측으로 되돌려지도록 구성되어 있음과 함께, 상기 외통과 상기 내통 사이에 형성된 공간의 유로 면적이, 상기 내통의 내측에 형성된 유로 면적보다 작아지도록 구성되어 있고, 상기 외통과 상기 내통 사이에 형성된 공간을 통과하여 기단측으로 되돌려지는 냉각수에, 상기 내통의 외주면에 형성된 가이드를 따른 선회류와, 상기 외통 및 상기 내통의 길이 방향을 따른 거의 직선적인 흐름이 부여되도록 구성되어 있다.
상기 본 발명의 제 1 양태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치에 의하면, 2 단 분류상 석탄 가스화 노 내에 위치하는 선단부 (예를 들어, 등유 연소실 내에 삽입되는 부분) 가, 외통과 내통을 갖는 이중관 구조로 되고, 또한, 내통의 내부를 통과하여 선단측 (예를 들어, 도 3 에 나타내는 버너 칩 금물 (金物) (45) 및 설치용 캡 (46) 측) 에 공급되어, 선단 (예를 들어, 도 3 에 나타내는 버너 칩 금물 (45), 버너 칩, 및 설치용 캡 (46)) 을 냉각시킨 냉각수가, 내통의 유로 면적보다 작은 유로 면적을 갖는 외통과 내통 사이의 공간을 통과하여 기단측 (예를 들어, 도 3 에 나타내는 전부 (前部) 챔버 (44) 측) 으로 되돌려진다. 이 때, 외통과 내통 사이의 공간 내에 침입한 냉각수는, 그 유속을 높일 수 있음과 함께, 예를 들어, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 가이드 (49) 를 따른 선회류 (F1) 와, 외통 (41) 및 내통 (42) 의 길이 방향을 따른 거의 직선적인 흐름 (F2) 이 되어 하류측으로 흘러 가게 된다.
이로 인해, 외통의 내주면이 증기의 막으로 덮여, 열 전달률이 저하되어 외통의 관벽 온도가 급상승되는 현상 (DNB：Departure of Nuclear Boiling) 을 방지할 수 있어, 외통의 열에 의한 손상을 방지할 수 있다.
또, 버너 선단부에서의 냉각 효율의 불균일에 의한 냉각 부족에서 기인된 버너의 소실을 방지할 수 있다.
상기 제 1 양태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치에 있어서, 상기 선단부의 선단에 있어서의 유로 면적이, 상기 내통의 내측에 형성된 유로 면적보다 작아지도록 구성되어 있으면 더욱 바람직하다.
이와 같은 슬래그 용융 버너 장치에 의하면, 선단부의 선단에 있어서의 유로 면적이 (예를 들어, 도 3 에 나타내는 레듀서 (47, 48) 의 내주면과 버너 칩 금물 (45) 사이의 유로 면적, 레듀서 (47, 48) 의 전측의 단면과 버너 칩 금물 (45) 의 후측의 단면 사이의 유로 면적, 및 레듀서 (47, 48) 의 외주면과 외통 (41) 의 내주면 (41a) 사이의 유로 면적이 각각), 내통의 유로 면적보다 작아지도록 설정되어 있게 되므로, 선단 (예를 들어, 도 3 에 나타내는 버너 칩 금물 (45), 버너 칩, 및 설치용 캡 (46)) 에 있어서의 냉각수의 유속을 높일 수 있어, 선단을 효율적으로 냉각시킬 수 있어, 선단의 열에 의한 손상을 방지할 수 있다.
상기 제 1 양태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치에 있어서, 상기 2 단 분류상 석탄 가스화 노 내에 위치하는 선단부가, 상기 2 단 분류상 석탄 가스화 노에 대해 진퇴 가능하게 구성되어 있으면 더욱 바람직하다.
이와 같은 슬래그 용융 버너 장치에 의하면, 슬래그 용융 버너 장치를 사용하지 않을 때 (미사용시) 에는, 2 단 분류상 석탄 가스화 노 내에 위치하는 선단부 (예를 들어, 등유 연소실 내에 삽입되는 부분) 를, 2 단 분류상 석탄 가스화 노 내 (예를 들어, 도 1 및 도 2 에 나타내는 등유 연소실 (3) 내) 로부터 잡아당길 수 있도록 구성되어 있게 된다.
이로 인해, 슬래그 용융 버너 장치의, 상기 2 단 분류상 석탄 가스화 노 내에 위치하는 선단부의 열에 의한 손상을 더욱 방지할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 관련된 2 단 분류상 석탄 가스화 노는, 열에 대해 우수한 내구성을 갖는 슬래그 용융 버너 장치를 구비하고 있다.
본 발명의 제 2 양태에 관련된 2 단 분류상 석탄 가스화 노에 의하면, 열에 의해 손상된 슬래그 용융 버너 장치의 교체 작업이 대폭 저감되어, 2 단 분류상 석탄 가스화 노의 가동 시간이 대폭 향상됨과 함께, 2 단 분류상 석탄 가스화 노 전체로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 관련된 석탄 가스화 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 신뢰성이 우수한 2 단 분류상 석탄 가스화 노를 구비하고 있다.
본 발명의 제 3 양태에 관련된 석탄 가스화 컴바인드 사이클 발전 플랜트에 의하면, 석탄 가스화 컴바인드 사이클 발전 플랜트 전체로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 슬래그 용융 버너 장치에 의하면, 외통의 내주면이 증기의 막으로 덮여, 열 전달률이 저하되어 외통의 관벽 온도가 급상승되는 현상 (DNB：Departure of Nuclear Boiling) 을 방지할 수 있어, 외통의 열에 의한 손상을 방지할 수 있다는 효과를 나타낸다.
또, 본 발명에 관련된 슬래그 용융 버너 장치에 의하면, 버너 선단부에서의 냉각 효율의 불균일에 의한 냉각 부족에서 기인된 버너의 소실을 방지할 수 있다는 효과를 나타낸다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치를 구비한 2 단 분류상 석탄 가스화 노와 챠 회수 설비를 구비한 석탄 가스화 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 일부를 나타내는 계통도이다.
도 2 는 도 1 중의 슬래그 용융 버너 장치 부근을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치의 개략 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 IV-IV 화살표 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치의 선단부를 확대하여 나타내는 사시도이다.
도 6 은 외통과 내통 사이를 흐르는 냉각수의 흐름 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치의 후부 (後部) 챔버를 확대하여 나타내는 사시도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치의 전부 챔버를 확대하여 나타내는 사시도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치 내를 흐르는 냉각수의 흐름 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치 내를 흐르는 냉각수의 흐름 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치 내를 흐르는 냉각수의 흐름 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치 내를 흐르는 냉각수의 흐름 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 관련된 슬래그 용융 버너 장치의 일 실시형태에 대해, 도 1 내지 도 12 를 참조하면서 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치를 구비한 2 단 분류상 석탄 가스화 노와 챠 회수 설비를 구비한 석탄 가스화 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 일부를 나타내는 계통도이다.
도 1 중의 부호 1 은 2 단 분류상 석탄 가스화 노 (이하, 「가스화 노」라고 한다), 부호 2 는 슬래그 호퍼, 부호 3 은 등유 연소실 (「슬래그 용융 버너 연소실」이라고도 한다), 부호 4 는 컴버스터, 부호 5 는 리덕터, 부호 6 은 후부 열교환기, 부호 7 은 컴버스터 버너, 부호 8 은 챠 버너, 부호 9 는 리덕터 버너, 부호 10 은 슬래그 홀, 부호 11 은 챠 회수 설비, 부호 12 는 사이클론, 부호 13 은 포러스 필터, 부호 14 는 챠빈, 부호 15 는 챠 공급 호퍼, 부호 17 은 챠, 부호 19 는 슬래그 호퍼수, 부호 20 은 고온 배기 가스, 부호 22 는 크로스오버를 각각 나타내고 있다.
또, 도 1 중의 부호 23 은 슬래그 용융 버너 장치, 부호 24 는 연료 배관 (LNG 관), 부호 25 는 산화제 배관 (산소관), 부호 27 은 LNG 밸브, 부호 29 는 LNG 공급 설비, 부호 30 은 산소 밸브, 부호 31 은 산소 공급 설비, 부호 32 는 조작반, 부호 35 는 LNG (LNG 연료), 부호 36 은 산소 (순산소) 를 각각 나타내고 있다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 가스화 노 (1) 는, 슬래그 호퍼 (2), 등유 연소실 (3), 컴버스터 (4), 리덕터 (5), 및 후부 열교환기 (6) 를 구비하고 있고, 그 후류에는 챠 회수 설비 (11) 가 설치되어 있다.
슬래그 호퍼 (2) 에는 일정량의 슬래그 호퍼수 (19) 가 저수되어 있다. 또, 등유 연소실 (3) 에는 1 개 또는 2 개의 슬래그 용융 버너 장치 (23) 가 설치되어 있고, 컴버스터 (4) 에는 컴버스터 버너 (7) 및 챠 버너 (8) 가, 리덕터 (5) 에는 리덕터 버너 (9) 가, 각각 복수 개씩 설치되어 있다. 그리고, 컴버스터 (4) 내의 하부에는 슬래그 홀 (10) 이 형성되어 있다.
후부 열교환기 (6) 는, 크로스오버 (22) 에 의해 리덕터 (5) 와 연결되어 있다. 또, 후부 열교환기 (6) 의 후류에는, 1 개 또는 복수 개의 사이클론 (12), 1 개 또는 복수 개의 포러스 필터 (13), 및 챠빈 (14) 을 갖는 챠 회수 설비 (11) 가 배치되어 있다.
도시하지 않은 분쇄 설비로 수 미크론 ∼ 수십 미크론으로 분쇄된 석탄이, 열부하용 석탄으로서 컴버스터 버너 (7) 에, 가스화용 석탄으로서 리덕터 버너 (9) 에, 각각 공급되게 되어 있다. 또, 챠 버너 (8) 에는, 가스화 노 (1) 에서 생성된 챠 (17) 가 공급되게 되어 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 슬래그 용융 버너 장치 (23) 는, 그 버너 축선 (37) 이 슬래그 홀 중심점 (슬래그 홀 (10) 의 하측 가장자리를 형성하는 원의 중심) (38) 을 통과하도록, 시일 박스 (39) 를 통해 등유 연소실 (3) 의 측벽면 (3a) 에 장착되어 있다. 또, 이 슬래그 용융 버너 장치 (23) 의 내부에는, 그 길이 방향을 따라 연료 배관 (24) (도 3 참조) 및 산화제 배관 (25) (도 3 참조) 이 연장되어 있다.
또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 연료 배관 (24) 은 LNG 밸브 (27) 및 배관을 통해 LNG 공급 설비 (29) 에 접속되어 있다. 한편, 산화제 배관 (25) 은, 산소 밸브 (30) 를 통해 산소 공급 설비 (31) 와 접속되어 있고, 이들 LNG 밸브 (27) 및 산소 밸브 (30) 는 각각, (예를 들어, 중앙 조작실에 배치된) 조작반 (32) 에 의해 제어되게 되어 있다.
그런데, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치 (23) 는, 외통 (41) 과, 내통 (42) 과, 후부 챔버 (43) 와, 전부 챔버 (44) 를 구비하고 있다.
외통 (41) 은, 연료 배관 (24), 산화제 배관 (25), 내통 (42), 및 전부 챔버 (44) 를 그 내부에 수용하는 중공 원통 형상의 부재로서, 그 선단 (도 3 에 있어서 좌측의 단) 에는 버너 칩 금물 (45) 이, 그 기단 (도 3 에 있어서 우측의 단) 에는 후부 챔버 (43) 가 장착되어 있다. 또, 버너 칩 금물 (45) 의 선단에는, 적어도 1 개 (본 실시형태에서는 5 개) 의 분사 구멍 (도시 생략) 을 갖는 버너 칩 (도시 생략) 이, 설치용 캡 (46) 을 통해 장착되어 있다.
버너 칩 금물 (45) 과 버너 칩 사이에는, 연료 배관 (24) 을 통해 공급된 LNG 연료 (35) 와, 산화제 배관 (25) 을 통해 공급된 산소 (36) 를 각각 등유 연소실 (3) 내로 분출시키는 도시되지 않은 스프레이 플레이트가 배치되어 있고, 버너 칩 금물 (45) 에는, 연료 배관 (24) 및 산화제 배관 (25) 의 일단이 각각 접속 (연결) 되어 있다. 그리고, 스프레이 플레이트를 통과한 LNG 연료 (35) 와 산소 (36) 는, 버너 칩의 분사 구멍을 통과하여 등유 연소실 (3) 내에 분사되고, 슬래그 홀 (10) 에 부착된 용융 슬래그 (도시 생략) 를 착화원으로서 착화하여, 화염을 형성하게 된다.
도 3 의 IV-IV 화살표 단면도인 도 4 에 나타내는 바와 같이, 내통 (42) 은, 연료 배관 (24) 및 산화제 배관 (25) 을 그 내부에 수용하는 중공 원통 형상의 부재로서, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 그 선단의 내주측에는 레듀서 (47, 48) 가 장착되어 있다. 이들 레듀서 (47, 48) 는, 내통 (42) 의 일단으로부터 흘러나오는 냉각수의 유로를 좁혀, 이 부분을 통과하는 냉각수의 유속을 빠르게 하기 위한 것으로, 본 실시형태에서는 상측에 레듀서 (47) 가, 하측에 레듀서 (48) 가 배치되어 있다. 또, 이들 레듀서 (47, 48) 는, 내통 (42) 을 외통 (41) 에 대해 장착했을 때에, 그 전측 (도 3 에 있어서 좌측) 의 단면과, 버너 칩 금물 (45) 의 후측 (도 3 에 있어서 우측) 의 단면 사이에, 소정 간극이 생기도록, 내통 (42) 에 대해 장착되어 있다. 또한, 내통 (42) 의 외주면에는, 냉각수에 선회류를 부여하면서 냉각수를 하류측으로 유도하는 나선 형상의 가이드 (49) 가 형성되어 있다. 그리고, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 가이드 (49) 의 높이는, 내통 (42) 을 외통 (41) 에 대해 장착했을 때에, 그 단면 (반경 방향 외측의 둘레 단면) 과 외통 (41) 의 내주면 (41a) 사이에 소정 간극이 형성되도록, 즉, 외통 (41) 과 내통 (42) 사이에, 가이드 (49) 를 따른 선회류 (F1) 와, 외통 (41) 의 내주면 (41a) 과 가이드 (49) 의 단면 사이를 통과함과 함께, 외통 (41) 및 내통 (42) 의 길이 방향을 따른 거의 직선적인 흐름 (F2) 이 형성되도록 설정되어 있다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 후부 챔버 (43) 는, 길이 방향을 따라 관통하는 4 개의 구멍 (제 1 구멍 (50), 제 2 구멍 (51), 제 3 구멍 (52), 및 제 4 구멍 (53)) 을 갖는 원통 형상의 부재로서, 외통 (41) 의 기단에 장착되어 있다. 제 1 구멍 (50) 은, 그 내부에 산화제 배관 (25) 이 배치되는 구멍이며, 제 2 구멍 (51) 은, 그 내부에 연료 배관 (24) 이 배치되는 구멍이다. 제 3 구멍 (52) 은, 냉각수 (54) 를 후부 챔버 (43) 와 전부 챔버 (44) 사이에 위치하는 외통 (41) 내로 유도하기 위한 구멍으로, 제 3 구멍 (52) 의 입구측에는 냉각수 공급관 (55) (도 3 참조) 이 접속 (연결) 되어 있다. 제 4 구멍 (53) 은, 그 입구측에 접속 (연결) 된 연락관 (56) (도 3 참조) 을 통해 유도된 냉각수 (54) 를 외부로 유도하기 위한 구멍으로, 제 4 구멍 (53) 의 출구측에는 냉각수 되돌림관 (57) (도 3 참조) 이 접속 (연결) 되어 있다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 전부 챔버 (44) 는, 일단측 (도 8 에 있어서 우측) 에 축경부 (44a), 타단측 (도 8 에 있어서 좌측) 에 확경부 (44b) 를 가짐과 함께, 길이 방향을 따라 관통하는 4 개의 구멍 (제 1 구멍 (58), 제 2 구멍 (59), 제 3 구멍 (60), 및 제 4 구멍 (61)) 을 갖는 대략 원통 형상의 부재이다. 또, 전부 챔버 (44) 는, 버너 칩 금물 (45) 과 후부 챔버 (43) 사이에 위치하는 외통 (41) 내에 배치되어, 외통 (41) 의 내부를 선단측의 공간 (S1) (도 3 참조) 과 기단측의 공간 (S2) (도 3 참조) 으로 구획하는 (구분하는) 부재이기도 하다. 전부 챔버 (44) 는, 확경부 (44b) 의 외주면과 외통 (41) 의 외주면이 면일해지도록 하여 외통 (41) 에 장착되어 있다. 한편, 내통 (42) 은, 그 외주면과 축경부 (44a) 의 외주면이 면일해지도록 하여 전부 챔버 (44) 에 장착되어 있다. 제 1 구멍 (58) 은, 그 내부에 연료 배관 (24) 이 배치되는 구멍이고, 제 2 구멍 (59) 은, 그 내부에 산화제 배관 (25) 이 배치되는 구멍이다. 제 3 구멍 (60) 은, 냉각수 (54) 를 내통 (42) 내로 유도하기 위한 구멍이다. 제 4 구멍 (61) 은, 축경부 (44a) 와 확경부 (44b) 사이에, 둘레 방향을 따라 형성된 유로 (62) 를 통해 유도된 냉각수 (54) 를, 확경부 (44b) 의 출구측에 접속 (연결) 된 연락관 (56) (도 3 참조) 으로 유도하기 위한 구멍이다.
다음으로, 도 9 내지 도 12 를 이용하여 냉각수 (54) 의 흐름을 설명한다.
도 9 에 나타내는 바와 같이, 냉각수 (54) 는, 냉각수 공급관 (55) 을 통해, 후부 챔버 (43) 에 형성된 제 3 구멍 (52) 의 입구측으로 유도된 후, 제 3 구멍 (52) 을 통과하여 공간 (S2) (보다 상세하게는, 외통 (41) 의 내주면 (41a) (도 6 참조), 후부 챔버 (43) 의 전측 (도 9 에 있어서 좌측) 의 단면, 및 전부 챔버 (44) 의 후측 (도 9 에 있어서 우측) 의 단면으로 둘러싸인 공간) 내에 침입한다.
또한, 공간 (S2) 내에 배치된 연락관 (56), 연료 배관 (24), 및 산화제 배관 (25) 은 각각, 공간 (S2) 내로 유도된 냉각수가 그 내부에 침입하지 않도록 시일되어 있다.
공간 (S2) 내를 통과한 냉각수는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 전부 챔버 (44) 에 형성된 제 3 구멍 (60) 을 통과하여 내통 (42) 의 내부 공간 (보다 상세하게는, 내통 (42) 의 내주면, 전부 챔버 (44) 의 전측 (도 10 에 있어서 좌측) 의 단면, 및 레듀서 (47, 48) 의 후측 (도 10 에 있어서 우측) 의 단면으로 둘러싸인 공간) 내에 침입한다.
또한, 내통 (42) 의 내부 공간 내에 배치된 연료 배관 (24) 및 산화제 배관 (25) 은 각각, 내통 (42) 의 내부 공간 내로 유도된 냉각수가 그 내부에 침입하지 않도록 시일되어 있다.
내통 (42) 의 내부 공간 내를 통과한 냉각수는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 레듀서 (47, 48) 의 내주면과 버너 칩 금물 (45) 의 간극, 레듀서 (47, 48) 의 전측의 단면과 버너 칩 금물 (45) 의 후측의 단면의 간극, 및 레듀서 (47, 48) 의 외주면과 외통 (41) 의 내주면 (41a) (도 6 참조) 사이를 통과하여 외통 (41) 과 내통 (42) 사이의 공간 내에 침입한다. 외통 (41) 과 내통 (42) 사이의 공간 내에 침입한 냉각수 (54) 는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 가이드 (49) 를 따른 선회류 (F1) 와, 외통 (41) 및 내통 (42) 의 길이 방향을 따른 거의 직선적인 흐름 (F2) 이 되어, 하류측으로 흘러가, 전부 챔버 (44) 에 형성된 유로 (62) 를 통과하여 제 4 구멍 (61) 으로 유도된다.
또한, 레듀서 (47, 48) 의 외주면과 외통 (41) 의 내주면 (41a) 사이를 통과하여 외통 (41) 과 내통 (42) 사이의 공간 내에 침입한 냉각수는, 모두 전부 챔버 (44) 에 형성된 유로 (62) 를 통과하여 제 4 구멍 (61) 으로 유도되도록 되어 있다.
전부 챔버 (44) 에 형성된 제 4 구멍 (61) 을 통과한 냉각수는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 연락관 (56) 을 통해 후부 챔버 (43) 의 제 4 구멍 (53) 으로 유도된 후, 냉각수 되돌림관 (57) 을 통해 외부로 배출된다.
본 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치 (23) 에 의하면, 적어도 등유 연소실 (3) 내에 삽입되는 부분이, 외통 (41) 과 내통 (42) 을 갖는 이중관 구조가 되고, 또한, 내통 (42) 의 내부를 통과하여 선단측 (보다 상세하게는, 버너 칩 금물 (45) 및 설치용 캡 (46) 의 측) 에 공급되어, 선단 (보다 상세하게는, 버너 칩 금물 (45), 버너 칩, 및 설치용 캡 (46)) 을 냉각시킨 냉각수가, 내통 (42) 의 유로 면적보다 작은 유로 면적을 갖는 외통 (41) 과 내통 (42) 사이의 공간을 통과하여 기단측 (보다 상세하게는, 전부 챔버 (44) 의 측) 으로 되돌려진다. 이 때, 외통 (41) 과 내통 (42) 사이의 공간 내에 침입한 냉각수 (54) 는, 그 유속을 높일 수 있음과 함께, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 가이드 (49) 를 따른 선회류 (F1) 와 외통 (41) 및 내통 (42) 의 길이 방향을 따른 거의 직선적인 흐름 (F2) 이 되어 하류측으로 흘러 가게 된다.
이로 인해, 외통 (41) 의 내주면 (41a) 이 증기의 막으로 덮여, 열 전달률이 저하되어 외통 (41) 의 관벽 온도가 급상승되는 현상 (DNB：Departure of Nuclear Boiling) 을 방지할 수 있고, 외통 (41) 의 열에 의한 손상을 방지할 수 있다.
또, 버너 선단부에서의 냉각 효율의 불균일에 의한 냉각 부족에서 기인된 버너의 소실을 방지할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관련된 슬래그 용융 버너 장치 (23) 에 의하면, 선단에 있어서의 유로 면적이 (즉, 레듀서 (47, 48) 의 내주면과 버너 칩 금물 (45) 사이의 유로 면적, 레듀서 (47, 48) 의 전측의 단면과 버너 칩 금물 (45) 의 후측의 단면 사이의 유로 면적, 및 레듀서 (47, 48) 의 외주면과 외통 (41) 의 내주면 (41a) 사이의 유로 면적이 각각), 내통 (42) 의 유로 면적보다 작아지도록 설정되어 있으므로, 선단 (보다 상세하게는, 버너 칩 금물 (45), 버너 칩, 및 설치용 캡 (46)) 에 있어서의 냉각수의 유속을 높일 수 있어, 선단을 효율적으로 균일하게 냉각시킬 수 있어, 선단의 열에 의한 손상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시형태에 있어서, 슬래그 용융 버너 장치 (23) 의, 등유 연소실 (3) 내에 삽입되는 부분이, 등유 연소실 (3) 에 대해 진퇴 가능하게 구성되어 있으면 더욱 바람직하다. 즉, 슬래그 용융 버너 장치 (23) 를 사용하지 않을 때 (미사용시) 에는, 슬래그 용융 버너 장치 (23) 의, 등유 연소실 (3) 내에 삽입되는 부분이, 등유 연소실 (3) 내로부터 잡아당길 수 있도록 구성되어 있으면 더욱 바람직하다.
이로 인해, 슬래그 용융 버너 장치 (23) 의, 등유 연소실 (3) 내에 삽입되는 부분의 열에 의한 손상을 더욱 방지할 수 있다.
1 2 단 분류상 석탄 가스화 노
4 컴버스터
5 리덕터
10 슬래그 홀
23 슬래그 용융 버너 장치
41 외통
42 내통
49 가이드
54 냉각수
F1 선회류
F2 거의 직선적인 흐름

Claims (7)

  1. 컴버스터에 기체 반송된 미분탄을 연소시키고, 리덕터에서 그 연소 가스 중에 동일하게 기체 반송된 미분탄을 투입, 건류하여 가스화함과 함께, 불연분을 용융 슬래그로서 슬래그 홀에서 배출되는 2 단 분류상 (噴流床) 석탄 가스화 노의 슬래그 용융 버너 장치로서,
    상기 2 단 분류상 석탄 가스화 노 내에 위치하는 선단부가, 외통과 내통을 갖는 이중관 구조로 되고, 또한, 상기 선단부를 냉각시키는 냉각수가, 상기 내통의 내측을 통과하여 공급되어, 상기 선단부의 단부(端部)를 냉각시킨 후, 상기 외통과 상기 내통 사이에 형성된 공간 내를 통과하여 기단측으로 되돌려지도록 구성되어 있음과 함께,
    상기 외통과 상기 내통 사이에 형성된 공간의 단면(斷面)의 유로 면적이, 상기 내통의 내측에 형성된 유로 면적보다 작아지도록 구성되어 있고, 상기 외통과 상기 내통 사이에 형성된 공간을 통과하여 기단측으로 되돌려지는 냉각수에, 상기 내통의 외주면에 형성된 가이드를 따른 선회류와, 상기 외통 및 상기 내통의 길이 방향을 따른 직선적인 흐름이 부여되도록 구성되어 있는 슬래그 용융 버너 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선단부의 선단의 단면(斷面)에 있어서의 유로 면적이, 상기 내통의 내측에 형성된 유로 면적보다 작아지도록 구성되어 있는 슬래그 용융 버너 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 2 단 분류상 석탄 가스화 노 내에 위치하는 선단부가, 상기 2 단 분류상 석탄 가스화 노에 대해 진퇴 가능하게 구성되어 있는 슬래그 용융 버너 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 슬래그 용융 버너 장치를 구비하여 이루어지는 2 단 분류상 석탄 가스화 노.
  5. 제 4 항에 기재된 2 단 분류상 석탄 가스화 노를 구비하여 이루어지는 석탄 가스화 컴바인드 사이클 발전 플랜트.
  6. 제 3 항에 기재된 슬래그 용융 버너 장치를 구비하여 이루어지는 2 단 분류상 석탄 가스화 노.
  7. 제 6 항에 기재된 2 단 분류상 석탄 가스화 노를 구비하여 이루어지는 석탄 가스화 컴바인드 사이클 발전 플랜트.
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