KR101451469B1

KR101451469B1 - 탄소 함유 연료를 가스화하기 위한 장치

Info

Publication number: KR101451469B1
Application number: KR1020117003695A
Authority: KR
Inventors: 도메니코 파보네; 랄프 아브라함; 무하메드 이크발 미안
Original assignee: 티센크루프 인더스트리얼 솔루션스 아게
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2014-10-15
Also published as: KR20110073423A; BRPI0918409A2; CU23959B1; AU2009284433A1; RU2011110111A; DE102008038485A1; CU20110039A7; WO2010020372A3; TW201012916A; CN102124270A; WO2010020372A8; EP2315973B1; UA99544C2; ES2427197T3; US8894728B2; RU2497046C2; US20110179713A1; CA2734789A1; AU2009284433B2; PL2315973T3

Abstract

본 발명은 슬래그 배스로의 슬래그를 위한 배출구를 구비한, 탄소 함유 연료를 가스화하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 전기적으로 가열될 수 있는 세라믹 드립 에지 (7) 를 가진 가스화기 배출 개구부 (6) 에 의해 특징지워진다. 그러므로, 상기 가스화기 배출 개구부는 슬래그의 배출을 보장하는 온도에서 신뢰성 있게 유지될 수 있다.

Description

탄소 함유 연료를 가스화하기 위한 장치 {DEVICE FOR GASIFYING CARBONACEOUS FUELS}

본 발명은 슬래그 배스 (slag bath) 로의 슬래그 (slag) 를 위한 배출구를 구비한, 탄소 함유 연료를 가스화하기 위한 장치에 관한 것이다.

탄소 함유 연료, 예컨대 갈탄 또는 석탄, 정제 공장 찌꺼기, 바이오매스 등등을 가스화할 때, 무엇보다도 가스화기 안의 과정들은 이용된 재료들의 광물 성분들이 녹아 액체 슬래그가 되도록 형성되며, 그 후 상기 슬래그는 슬래그 구멍을 통해 가스화기를 떠나기 위해, 그 아래에 위치하는 워터배스 (water bath) 안으로 뚝뚝 떨어지기 위해, 그곳에서 알갱이가 되기 위해, 가스화기의 일반적으로 원통형인 벽들에서 아래쪽으로 흐른다.

가스화기의 지속적인 작동을 보장하기 위해서는 가스화기 배출 개구부가 막히지 않아야 하며, 따라서 이 영역에 지지 버너 (support burner) 들을 제공하는 것이 공지되어 있고, 상기 지지 버너들은 그곳에서 매우 높은 온도를 보장하며, 따라서 슬래그의 배출이 안전해진다.

몇 개의 예를 언급하자면, 이러한 유형의 해결책들은 예컨대 US 3 218 998, US 4 095 777 또는 US 5 630 853 에 나타나 있다. 지지 버너들을 구비한 이 해결책들은 상기 지지 버너들이 매우 많은 추가 요소들을 필요로 하기 때문에 비용이 매우 많이 들며, 그 밖의 단점은 유동 온도를 유지시키기 위해서는 드립 영역 안의 지지 버너들이 흐르는 슬래그의 표면을 향해야만 한다는 것이다.

유도적으로 가열될 수 있는 용기 배출부들은 DE 195 40 641 C2 또는 DE 196 54 402 C2 에 나타나 있다. 이 가열은 본 이용 영역에서는 사용될 수 없으며, 상당한 문제를 초래할 것이다.

슬래그의 유동점은 무엇보다도 슬래그 안의 알칼리 농도에 좌우되기 때문에, 표면을 향한 버너 불꽃은 알칼리 재료들이 슬래그로부터 증발되는 경향이 있도록 하며, 이는 슬래그의 유동 온도가 상당히 높아지도록 하고, 따라서 그 후 버너 용량이 상승되며, 이는 알칼리들의 가속화된 가스 발생을 초래한다.

이때, 버너 용량의 지속적인 상승의 필요성으로 인해 재킷쪽 벽 과열이 생길 수 있으며, 이는 가장 심한 경우에는 시설을 꺼지게 할 수 있다.

본 발명의 목적은 가스화기 배출 개구부 (gasifier outlet opening) 를 슬래그의 배출을 보장하는 온도에서 신뢰성 있게 유지시키는 것이다.

이 목적은, 도입부에 설명된 유형의 장치에 있어서, 본 발명에 따르면 가스화기 배출 개구부는 전기적으로 가열될 수 있는 드립 에지 (drip edge) 를 갖추고 있으며, 상기 가열부는 전기적 (electric), 세라믹 (ceramic) 저항 가열부 (resistance heating) 에 의해 형성되어 있음으로써 달성된다.

이러한 유형의 전기적으로 가열될 수 있는 드립 에지와 함께, 필요 온도가 유지되는 것이 간단한 수단을 갖고 달성될 수 있으며, 동시에 아주 적은 구조적 비용이 소비된다.

기본적으로, 가열될 수 있는 하수구는 DE 195 40 641 C2 또는 DE 196 54 402 C2 로부터 공지되어 있다. 하지만 이 해결책은 다른 기술적 적용영역에 관한 것이며, 본 기술 영역에 쉽게 응용될 수 있는 것이 아니다.

목적에 부합하여, 본 발명에 따르면 상기 드립 에지는 간단한 산화물 또는 비산화물 세라믹, 또는 상응하는 세라믹들의 혼합물에 의해 형성된다.

본 발명에 따르면, 전기적으로 가열될 수 있는 상기 드립 에지는 직접적으로 또는 간접적으로 가열되어 있다. 여기에서 이용되는 세라믹들은 본 발명에 따르면 Al₂O₃, Cr₂O₃, CaO, Fe₂O₃, HfO₂, MgO, SiO₂, SnO₂, TiO₂, ZrO₂, AlN, MoSi₂, SiC, BN 서멧 (cermet) 일 수 있으며, 여기에 언급된 세라믹들은 개별적으로 또는 조합되어 이용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전기적으로 가열될 수 있는 상기 드립 에지 안으로의 전류 공급부는 전기 전도 (electrically conductive) 세라믹, 예컨대 MoSi₂ 로 만들어진 전류 공급 로드 (current supply rod) 에 의해 형성되어 있으며, 상기 전류 공급 로드는 전기 비전도 (electrically non-conductive) 세라믹에 의해 둘러싸여 있다.

본 발명으로부터 발생하는 장점들은 또한 정확한 온도설정의 가능성을 통해 알칼리 증발이 초래될 수 없다는 것이며, 그리고 이로써 슬래그 점성이 높아지지 않는다는 것이다. 또한, 전기 전도 세라믹의 장점은 전도력이 온도가 올라감에 따라 상승되며, 이때 세라믹은 슬래그 및 고온에 매우 잘 견디고, 그리고 조절은 세라믹 저항 가열 (resistance heating) 로서 실행될 수 있다는 것이다.

예컨대 상기 드립 에지가 모든 일반적인 방법에 따라 제조될 수 있는 다수의 세라믹 요소로 구성되면, 연결은 예컨대 전기 전도 접착제를 통해 수행될 수 있으며, 또는 이미 예컨대 소결시 전기적 연결을 위한 상응하는 요소들이 제공될 수 있다.

본 발명의 그 밖의 특징, 상세 내용 및 장점은 하기의 설명 및 도면에 나타나 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 드립 에지를 가진 가스화기의 기본적인 도면,
도 2 는 전류 공급부를 가진 드립 에지의 부분 평면도,
도 3 은 간접 세라믹 가열을 구비한 드립 에지를 나타낸 평면도,
도 4 는 도 3 과 동일하게 도시되어 있는, 직접 가열을 구비한 드립 에지이다.

도 1 에 전체적으로 1 로 표시되어 있는, 매우 개략적으로 도시되어 있는, 탄소 함유 연료를 가스화하기 위한 가스화기는 내화성 (fireproof) 하우징인 반응기 벽 (2) 안에, 가스화되어야 하는 연료를 위한 공급부 (3 으로 표시되어 있음), 및 예컨대 가스화기 가동시의 다른 매체의 공급부 (4) 들을 구비한다. 연소 챔버 안에 형성된 5 로 표시되어 있는 슬래그는 아래쪽 단부에서 중력 방향으로 가스화기로부터 상세히 도시되어 있지 않은 워터배스 (water bath) 안으로 흐르며, 이 경우 가스화기 배출 개구부는 6 으로 표시되어 있고, 드립 에지 (drip edge) 는 전체적으로 참조 부호 7 을 지니고 있으며, 전기 공급부들은 8 로 표시되어 있다.

도 2 에는 이러한 드립 에지의 절단면이 보다 상세히 도시되어 있다. 반응기 벽 (2) 에는 예컨대 래밍 매스 (ramming mass, 9) 가 발라져 있으며, 상기 래밍 매스는 가스화기 배출 개구부 (6) 를 한정하고, 그리고 그의 내벽에는 세라믹 (ceramic) 발열체 (heating element, 10) 가 제공되어 있으며, 이 발열체는 드립 에지 (7) 를 형성한다.

전류 공급부는 전기 전도 세라믹으로 만들어진 전류 공급 로드 (current supply rod) (8) 에 의해 형성되며, 상기 전류 공급 로드는 전기 비전도 세라믹으로 만들어진 슬리브 (11) 에 의해 둘러싸여 있고, 상기 슬리브는 마찬가지로 전기적으로 비전도성인 상기 래밍 매스를 관통한다. 도시되어 있는 실시예에서는 또한 열수축 슬리브 (heatshrinking sleeve, 12) 가 제공되어 있으며, 상기 열수축 슬리브는 반응기 벽 (2) 과 전류 공급 로드 (8) 간의 단락 (short circuit) 을 저지하기 위해 상기 용기에 대한 또는 상기 슬리브에 대한 상기 전류 공급 로드의 밀봉에 사용된다.

도 3 에는 드립 에지 (7) 를 형성하는 세라믹의 간접 가열부가 도시되어 있으며, 이 경우 전기 저항 가열부 (resistance heating) (10a) 는 예컨대 SiSiC 로 형성될 수 있고, 반면 슬래그 저항성 (resistant to slag) 세라믹은 예컨대 Al₂O₃·Cr₂O₃으로 구성된다. 세라믹 저항 가열부가 슬래그 저항성 세라믹 바로 뒤에 배치되어 있으며, 따라서 세라믹이 가스화기의 드립 영역 안의 슬래그 저항성 세라믹에 직접 전파되는 것을 알아볼 수 있고, 이때 상기 세라믹 저항 가열부는 침식성 (aggressive) 슬래그로부터 분리되어 있다.

이와는 달리 도 4 는 직접적으로 가열된 세라믹링 (ceramic ring, 10) 을 보이고 있으며, 상기 세라믹링은 세라믹 저항 가열부로서 형성되어 있고, 이 경우 재료는 슬래그에 대한 저항성을 가질 뿐만 아니라 전도력이 있도록 선택된다.

전류 공급 로드 (8) 들은 목적에 부합하여 재료, 예컨대 MoSi₂ 로 제조되어 있으며, 즉 전기 저항은 세라믹 가열 도체 (heating conductor) 의 저항보다 적고, 이때 전기 저항은 온도와는 무관하다. 여기에 언급된 재료는 1800℃ 까지의 온도들에서 이용될 수 있다.

물론 상기 기술된 실시예는 기본 사상에서 벗어나지 않으면서 여러 측면에서 변경될 수 있다. 즉, 본 발명은 특히 저항 가열부의 특정한 기하학적 형태에 제한되어 있지 않으며, 또한 드립 에지를 형성하는 가스화기 개구부의 폐쇄링이 일체로 형성되어 있을 필요가 없다, 기타 등등.

Claims

가스화기 내 슬래그를 슬래그 배스로 떨어트려 보내기 위하여 가스화기의 하부에서 가스화기의 반응기 벽 (2) 내에 배치된 가스화기 배출 개구부 (6) 를 구비한, 탄소 함유 연료를 가스화하기 위한 장치에 있어서,
가스화기 배출 개구부 (6) 는 전기적으로 가열될 수 있는, 세라믹 드립 에지 (7) 를 갖추고 있으며, 상기 드립 에지 (7) 는 전기적, 세라믹 저항 가열부 (10, 10a) 에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,
전기적으로 가열될 수 있는 드립 에지 (7) 는 직접적으로 가열되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
전기적으로 가열될 수 있는 드립 에지 (7) 는 간접적으로 가열되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
전기적으로 가열될 수 있는 세라믹 (10, 10a) 은 Al₂O₃, Cr₂O₃, CaO, Fe₂O₃, HfO₂, MgO, SiO₂, SnO₂, TiO₂, ZrO₂, AlN, MoSi₂, SiC, BN, 서멧 (cermet) 에 의해 개별적으로 또는 조합되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
전기적으로 가열될 수 있는 드립 에지 (7) 를 향하여 배치된 전류 공급부는 전기 전도 세라믹으로 만들어진 전류 공급 로드 (8) 에 의해 형성되어 있으며, 상기 전류 공급 로드는 비전도 세라믹으로 만들어진 슬리브 (11) 에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5 항에 있어서,
전류 공급 로드 (8) 를 구성하는 상기 전기 전도 세라믹은 MoSi₂ 인 것을 특징으로 하는 장치.