KR101484617B1 - 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환 장치 - Google Patents

Abstract

가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가스화 버너는 서로 다른 종류의 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소를 각각 분사하는 복수의 스트림부를 포함하고, 분사된 연료와 가스화제를 혼합하여 합성가스로 전환하도록 연소반응시키는 구성을 마련하여, 고수분을 함유한 액상 연료와 타 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료와 같이 서로 다른 종류의 연료를 개별적으로 미립화하여 분무하고, 선회류를 따라 가스화제를 2차에 걸쳐 분사하여 혼합한 후 연소 반응을 통해 합성가스로 전환할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환 장치{GASIFYING BURNER AND SYNTHESIS GAS CONVERSION APPARATUS WITH THE SAME}

본 발명은 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고수분 함유 액체 연료가 포함된 이종(異種)의 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 합성가스로 전환하는 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치에 관한 것이다.

액체 연료를 가스화(gasifying) 또는 크래킹(cracking)하여 다른 형태의 연료로 전환하는 기술은 화학공정에서 비교적 오랜 역사를 가진 기술이다.

근래에는 사용되는 액체연료가 점점 다변화되고 있는 추세로서, 폐식용유 등과 같은 폐유, 그리고 바이오매스를 열분해하여 얻은 바이오 열분해 오일, 저급 석탄 슬러리(slurry) 등으로 연료가 확장되고 있다.

이들 연료들을 가스화하면, 일산화탄소, 수소, 메탄 등으로 이루어진 합성가스(syngas)를 얻게 되며, 이들 연료들을 촉매 등을 사용하여 변환하면 고가의 액상 또는 가스 연료나 화학물질(chemical)을 얻을 수 있다.

특히, 최근에는 저급의 액상 연료에서 다양한 고부가 제품(product)를 얻어내는 복합 발전(polygeneration) 시스템의 중요성이 대두되면서 가스화 기술의 중요성은 더욱 높아지고 있다.

가스화 기술의 경우, 연료가 대부분 고체인 경우가 많고, 이 경우 고정층, 유동층, 분류층 등의 방법을 사용한다.

이 중에서 분류층은 고체 연료를 미분화하여 공기, 산소, 스팀 또는 이들 가스들의 혼합물인 가스화제(gasifying agent)와 반응시켜 가스화한다.

액상 연료를 가스화하는 경우에도 대부분 분류층을 사용하는데, 고상 연료 분류층 가스화와 다른 점은 고상 연료의 경우 연료를 미분화하여 투입하는 반면, 액상 연료를 노즐을 통해 미립화하여 반응기에 공급한다는 점이다.

이러한 액상 연료 또는 고상 연료를 미립화하여 슬러리로 만든 연료의 경우, 이들을 분무시켜 가스화제와 반응시키는 버너의 설계가 매우 중요하다.

본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 가스화 장치에 적용되는 다단 연소 버너 및 시스템의 구성을 개시하여 출원한 바 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1180468호(2012년 9월 7일 공고) 대한민국 특허 공개번호 제10-2010-0108300호(2010년 10월 6일 공개)

그러나 특허문헌 1 및 특허문헌 2를 포함하는 종래기술에 따른 버너에서는 버너의 연료 분무 노즐 팁이 고온 조건으로 인해 열변형이 발생하는 문제점이 있었다.

여기서, 반응의 안정성을 유지하기 위해서는 가스화제와의 반응이 연료 분무 노즐 팁과 멀리 떨어지지 않은 곳에서 일어나야 하기 때문에, 연료 분무 노즐 팁 부분에서 너무 낮은 온도가 생성되지 않도록 해야하는 문제점이 있었다.

한편, 종래기술에 따른 합성가스 전환 기술에서 액상 연료의 경우, 단일 연료를 사용하기도 하고, 이종(異種)의 연료를 같이 사용하기도 하는데, 이 경우 두 연료를 혼합하여 넣을시 연료 물성 차이로 인해 균일한 혼합이 되지 않아 화염의 불안정성 및 그을음(soot) 발생 등의 우려가 크고, 이들을 효과적으로 제어하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고수분 함유 액체 연료가 포함된 이종(異種)의 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 합성가스로 전환하는 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연료 분무 노즐 팁의 열변형을 방지하는 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 연료 분무 노즐 팁에서 분무된 연료의 반응 영역을 조절하여 가스화 장치를 안정적으로 운전할 수 있는 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가스화 버너는 서로 다른 종류의 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소를 각각 분사하는 복수의 스트림부를 포함하고, 분사된 연료와 가스화제를 혼합하여 합성가스로 전환하도록 연소반응시키는 것을 특징으로 한다.

상기 연료는 중유나 저급오일, 폐유 중 어느 하나인 제1 액상 연료와 상기 제1 액상 연료에 비해 많은 수분을 함유하는 제2 액상 연료로 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 제1 액상 연료를 분무하는 제1 연료 분무 노즐이 설치되는 제1 스트림부, 가스화제를 1차 분사하는 제2 스트림부, 상기 제2 액상 연료를 분무하는 제2 연료 분무 노즐이 설치되는 제3 스트림부 및 가스화제를 2차 분사하는 제4 스트림부를 포함하고, 상기 제1 연료 분무 노즐은 상기 제2 액상 연료에 함유된 수분에 의해 냉각되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 냉각수 또는 냉매를 순환시켜 각 스트림부를 냉각하는 제5 스트림부와 분사된 제1 및 제2 액상 연료와 가스화제를 향해 순산소를 분사하는 제6 스트림부를 더 포함하고, 상기 제6 스트림부의 선단에는 미리 설정된 영역에 순산소를 분사하는 순산소 분사노즐이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제5 스트림부의 후단부에는 냉각수 또는 냉매를 공급하는 공급관과 상기 제5 스트림부 내부를 순환하면서 열교환에 의해 가열된 냉각수 또는 냉매를 배출하는 배출관이 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 제6 스트림부의 선단부에는 가스화 버너의 중심축을 중심으로 미리 설정된 제1 경사각도의 기울기로 형성되는 제1 경사부와 상기 제1 경사부 내측에 상기 제1 경사각도보다 큰 각도로 설정된 제2 경사각도의 기울기로 형성되는 제2 경사부가 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 스트림부의 외주면과 제2 스트림부의 내주면 중 어느 하나 이상과 상기 제3 스트림부의 외주면과 제4 스트림부의 내주면 중 어느 하나 이상에는 선회류를 형성하도록 선회류 베인이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치는 가스화 버너를 이용해서 서로 다른 종류의 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 합성가스로 전환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 가스화 버너에 마련된 제1 내지 제6 스트림부에 각각 서로 다른 종류의 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소를 공급하도록 구동되는 구동부 및 반응기 내부에 설치된 감지센서의 감지신호를 이용해서 반응상태를 검사하고 검사 결과에 따라 각 스트림부에서 분사되는 분사압력, 분사속도, 분사량을 변경해서 반응 상태를 조절하도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구동부는 상기 제1 내지 제6 스트림부 각각에 개별적으로 연결되어 제1 및 제2 액상 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소를 공급하도록 동작하는 구동펌프 또는 조절댐퍼를 포함하고, 상기 가스화제는 상기 연료의 종류에 따라 조성이 변경되어 공급되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치에 의하면, 고수분을 함유한 액상 연료와 타 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료와 같이 서로 다른 종류의 연료를 개별적으로 미립화하여 분무하고, 선회류를 따라 가스화제를 2차에 걸쳐 분사하여 혼합한 후 연소 반응을 통해 합성가스로 전환할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 고수분을 함유한 액상 연료를 연료 분무 노즐 팁에 분사해서 고온 조건으로 인한 노즐 팁의 열변형을 방지하고, 냉각수 또는 냉매를 순환시켜 가스화 버너를 냉각하여 과열을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 발명에 의하면, 연료의 종류에 따라 가스화제로 사용되는 증기, 산소 또는 공기의 조성을 변경하여 반응영역을 조절할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 제6 스트림부를 통해 순산소를 분사하여 반응영역이 반응기 내측으로 이동하면서 반응이 불안정해지는 현상을 방지함으로써, 가스화 반응의 시작점을 운용자가 원하는 위치로 조절할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 연료와 가스화제 및 순산소를 분사하여 반응영역을 조절함으로써, 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 안정적으로 운전할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너의 정단면도,
도 2는 도 1에 도시된 가스화 버너의 측면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치의 구성도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너의 정단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가스화 버너의 측면도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 다른 종류의 두 가지 연료, 가스화제, 냉각수 및 순산소를 분사하는 5개의 스트림부를 포함한다.

상기 연료는 중유나 저급오일, 폐식용유와 같은 폐유 등의 제1 액상 연료와 바이오매스를 열분해하여 얻은 바이오 열분해 오일과 같이 수분이 많고 발열량이 낮은 제2 액상 연료를 포함할 수 있다.

물론, 제1 및 제2 액상 연료는 각각 미립화하여 슬러리로 만든 서로 다른 종류의 고상 슬러리 연료를 사용하도록 변경될 수도 있다.

다만, 본 실시 예에서는 서로 다른 종류의 액상 연료, 특히 중유나 저급오일과 같은 제1 액상 연료와 고수분을 함유하는 제2 액상 연료를 사용하는 경우를 설명하기로 한다.

상기 가스화제는 액상 연료나 고상 슬러리 연료를 가스화하기 위하여 연료와 함께 불어 넣는 기체 상태의 물질로서, 공기, 증기, 산소, 이산화탄소 또는 그것들의 혼합물을 포함할 수 있다.

본 실시 예에서는 가스화 반응의 제어를 용이하게 수행할 수 있도록, 서로 다른 종류의 제1 및 제2 액상 연료를 서로 섞이지 않도록 각각의 스트림부를 통해 분사한다.

본 실시 예에서는 연료의 종류에 따라 가스화제의 조성을 변경하여 반응영역을 조절할 수 있다.

예를 들어, 본 발명은 연료의 종류에 따라 가스화제로 사용되는 증기, 산소 또는 공기의 조성을 스트림 30,60,71로 변경하여 반응영역을 조절할 수 있다.

가스화 버너(10)의 구성을 상세하게 설명하면, 가스화 버너(10)의 중앙부로부터 외측을 향해 순차적으로 마련되고, 제1 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 분무하는 제1 연료 분무 노즐(이하 '제1 노즐'이라 약칭함)(21)이 설치되는 제1 스트림부(20), 가스화제를 1차 분사하는 제2 스트림부(30), 고수분이 함유된 제2 액상 연료를 분무하는 제2 연료 분무 노즐(이하 '제2 노즐'이라 약칭함)(41)이 설치되는 제3 스트림부(40) 및 가스화제를 2차 분사하는 제4 스트림부(50)를 포함한다.

이와 함께, 가스화 버너(10)는 냉각수 또는 냉매를 순환시켜 각 스트림부를 냉각하는 제5 스트림부(60)와 분사된 제1 및 제2 액상 연료와 가스화제를 향해 순산소를 분사하는 제6 스트림부(70)를 더 포함할 수 있다.

제1 내지 제6 스트림부(20 내지 70)를 포함하는 가스화 버너 전체는 스테인리스 강(stainless steel)과 같이 내열성 및 내식성을 갖는 금속 또는 합금재질의 재료로 제조될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 스테인리스 강과 같은 금속 또는 합금재질의 재료로 가스화 버너를 제조함에 따라 고수분, 고산성 연료를 사용하는 경우에 발생하는 열변형 및 부식 발생을 방지할 수 있다.

제1 스트림부(20)에는 제1 노즐(21)이 설치되고, 제1 노즐(21)은 제1 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 미립화해서 분무하도록 연료와 압축 공기 또는 증기를 혼합하여 분사한다.

제2 스트림부(30)는 가스화제를 1차 분사하고, 노즐(21)에서 미립화해서 분무된 연료와 가스화제가 원활하게 혼합되도록 선회류를 형성하는 역할을 한다.

이를 위해, 제2 스트림부(30)의 내주면과 제1 스트림부(20)의 외주면 중 적어도 하나 이상에는 선회류를 형성하도록 선회류 베인이 형성될 수 있다.

제3 스트림부(40)에는 적어도 하나 이상의 제2 노즐(41)이 설치되고, 제2 노즐(41)은 제2 액상 연료를 미립화하여 분무하도록 연료와 압축 공기 또는 증기를 혼합하여 분사한다.

여기서, 제2 액상 연료는 바이오매스를 열분해하여 얻은 바이오 열분해 오일과 같이 고수분을 함유함에 따라 제2 액상 연료의 수분이 기화하면서 증발잠열을 빼앗아 제1 노즐(21) 및 제2 노즐(41)의 팁을 냉각해서 각 노즐 팁의 열변형을 방지할 수 있다.

이러한 제2 액상 연료는 제1 액상 연료와 가스화제의 연소 반응시 발생하는 연소열에 의해 약 40℃ 이상으로 예열됨에 따라, 용이하게 분무될 수 있다.

제4 스트림부(50)는 가스화제를 2차 분사해서 1차 분사된 가스화제에 비해 반응기(83) 내측에서 연료와 가스화제를 혼합시켜 반응하게 하는 기능을 한다.

그리고 제4 스트림부(50)는 연료와 2차 분사된 가스화제가 원활하게 혼합되도록 선회류를 형성하는 기능을 한다.

이를 위해, 4 스트림부(50)의 내주면과 제3 스트림부(40)의 외주면 중 적어도 하나 이상에는 선회류를 형성하도록 선회류 베인이 형성될 수 있다.

제5 스트림부(60)는 가스화 버너(10)의 각 스트림부(20 내지 50,70)를 냉각하기 위한 냉각수 또는 냉매를 순환시키는 기능을 한다.

이를 위해, 제5 스트림부(60)의 후단부 일측에는 냉각수 또는 냉매를 공급하는 공급관(61)이 연결되고, 공급관(61)과 일정 각도만큼 이격되어 제5 스트림부(60) 내부를 순환하면서 열교환을 수행하여 가열된 냉각수 또는 냉매를 배출하는 배출관(62)이 연결될 수 있다.

제6 스트림부(70)는 연료와 가스화제가 원활하게 혼합되어 연소 반응시키는 보염 기능을 수행한다.

이와 함께, 제6 스트림부(70)는 제2 액상 연료에 함유된 고수분에 의해 반응영역(RZ)이 후류측, 즉 반응기(83) 내측으로 이동하면서 반응이 불안정해지는 현상을 방지하기 위해 순산소를 분사하는 기능을 한다.

이를 위해, 제6 스트림부(70)의 선단에는 순산소가 제1 및 제2 노즐(21,41)에 손상을 주지 않는 범위 내에서 연소반응이 시작되도록 미리 설정된 영역에 순산소를 분사하는 복수의 순산소 분사노즐(71)이 설치될 수 있다.

그리고 제6 스트림부(70)의 선단부에는 가스화 버너(10)의 중심축(X)을 중심으로 미리 설정된 제1 경사각도, 예컨대 약 30 내지 60°의 기울기로 형성되는 제1 경사부(72)와 제1 경사부(72) 내측에 상기 제1 각도보다 큰 각도로 설정된 제2 경사각도의 기울기로 형성되는 제2 경사부(73)가 마련될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 제6 스트림부의 선단부에 서로 다른 기울기로 형성되는 제1 및 제2 경사부를 마련하여 제6 스트림부가 대략 반구 형상을 이루게 함으로써 보염을 수행할 수 있고, 반응영역을 안정시킬 수 있다.

실험결과에 따르면, 본 실시 예에 따른 가스화 버너의 당량비를 약 0.2 내지 0.5로 제어하는 경우, 약 1200 내지 1700℃의 고온에서 액상 연료의 가스화를 수행할 수 있다.

분사노즐(71)은 제1 경사부(72) 또는 제2 경사부(73)에 설치되어 미리 설정된 위치에 반응 영역(RZ)을 형성하도록 향해 순산소를 분사할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서 제1 내지 제6 스트림부(20 내지 70) 각각은 제1 및 제2 액상연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매, 순산소의 분사 압력, 분사 속도, 분사량을 조절할 수 있다.

예를 들어, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치의 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치(80)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제6 스트림부(20 내지 70) 각각의 후단에 설치되는 구동부(81) 및 반응영역(RZ)의 반응 상태에 기초해서 구동부(80)의 동작을 제어하는 제어부(82)를 포함할 수 있다.

물론, 합성가스 전환장치(80)는 반응기(83), 반응기(83) 내부에서 합성가스의 발열반응에 참여하는 촉매부(도면 미도시), 가스화 버너(10)에 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매, 순산소 등을 공급하는 공급부(도면 미도시), 가수분해설비(도면 미도시), 정제설비(도면 미도시) 등을 더 포함할 수 있다.

구동부(81)는 제1 내지 제6 스트림부(20 내지 70) 각각의 후단에 개별적으로 설치되어 제1 및 제2 액상연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매, 순산소를 공급하기 위해 펌핑 동작하는 구동펌프(도면 미도시)나 개도량을 조절하는 조절댐퍼(도면 미도시)를 포함할 수 있다.

그리고 구동부(81)는 다양한 연료를 적용해서 선택적으로 반응영역을 조절할 수 있도록 연료의 종류에 따라 가스화제의 조성을 변경해서 공급할 수 있다.

제어부(82)는 반응기(83)에 설치되어 반응기 내부의 온도, 압력, 배기가스 등 반응 상태를 감지하는 각종 감지센서(도면 미도시)의 감지신호를 이용해서 반응기(83) 내부의 반응상태를 검사하고, 검사결과에 기초해서 구동부(81)에 마련된 각각의 구동펌프나 조절댐퍼의 동작을 제어하는 제어신호를 발생한다.

이와 같이, 본 발명은 각 스트림부을 통해 공급되는 제1 및 제2 액상 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소의 분사압력, 분사속도 및 분사량를 개별적으로 제어하여 가스화 반응의 시작점을 운용자가 원하는 위치로 용이하게 조절할 수 있다.

다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너 및 합성가스 전환장치의 결합관계 및 작동방법을 상세하게 설명한다.

가스화 버너(10)의 중심부에 제1 노즐(21)을 설치하여 제1 스트림부(20)를 마련하고, 제1 스트림부(20)의 외측에 가스화제를 1차 분사하는 제2 스트림부(30), 제2 노즐이 설치된 제3 스트림부(40), 가스화제를 2차 분사하는 제4 스트림부(50), 냉각수 또는 냉매가 순환하는 제5 스트림부(60) 및 순산소를 분사하는 제6 스트림부(70)를 순차적으로 설치한다.

이때, 제1 스트림부(20)의 외주면과 제2 스트림부(30)의 내주면 중 어느 하나 이상 및 제3 스트림부(40)의 외주면과 제4 스트림부(50)의 내주면 중 어느 하나 이상에는 선회류를 형성하기 위한 선회류 베인이 형성된 상태이다.

제3 스트림부(40)의 후단부에는 냉각수를 공급하는 공급관(41)과 제3 스트림부(40) 내부를 순환하는 과정에서 열교환을 수행한 냉각수를 배출하는 배출관(42)이 연결된다.

이어서, 작업자는 제1 내지 제6 스트림부(20 내지 70)의 후단에 각각 구동부(81)의 구동펌프나 조절댐퍼를 설치하고, 구동부(81)와 제어부(82) 사이를 배선한다.

이와 같은 과정을 통하여 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치의 조립이 완료되면, 제어부(82)는 제1 및 제2 액상 연료, 가스화제, 냉각수 및 순산소를 공급하도록 미리 저장된 프로그램에 따라 구동부(81)의 구동을 제어한다.

그리고 제어부(82)는 가스화 버너(10)가 구동되면, 반응기(83)에 설치된 각종 감지센서의 감지신호에 따라 제1 및 제2 액상 연료, 가스화제, 냉각수 및 순산소의 분사압력, 분사속도, 분사량 등을 조절하도록 구동부(81)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생한다.

가스화 버너(10)의 작동방법을 상세하게 설명하면, 제1 스트림부(20)에 설치된 제1 노즐(21)은 반응기(83) 내측을 향해 제1 액상 연료를 분사하고, 제2 스트림부(30)는 가스화제를 1차 분사해서 제1 액상 연료와 혼합시킨다.

제3 스트림부(40)에 설치된 제2 노즐(41)은 고수분을 함유한 제2 액상 연료를 분사하고, 제4 스트림부(50)는 가스화제를 2차 분사해서 제1 및 제2 액상 연료와 혼합시킨다.

이때, 제1 스트림부(20)의 외주면과 제2 스트림부(30)의 내주면 중 어느 하나 이상에는 선회류 베인이 형성됨에 따라, 1차 분사된 가스화제에 선회류가 발생한다.

그리고 제3 스트림부(40)의 외주면과 제4 스트림부(50)의 내주면 중 어느 하나 이상에 선회류 베인이 형성됨에 따라 2차 분사된 가스화제에 선회류가 발생한다.

이에 따라, 제1 액상 연료와 제2 액상 연료, 1차 분사된 가스화제 및 2차 분사된 가스화제가 용이하게 혼합되어 연소 반응하게 된다.

제5 스트림부(60)는 공급관(61)을 통해 공급된 냉각수 또는 냉매를 순환시키고, 순환하는 과정에서 연소열에 의해 가열된 냉각수 또는 냉매를 배출관(62)을 통해 배출하여 가스화 버너(10)를 냉각해서 과열을 방지한다.

제6 스트림부(70)는 제2 분사노즐(61)을 통해 순산소를 분사해서 반응영역(RZ)이 반응기(83) 내측으로 이동하면서 반응이 불안정해지는 현상을 방지한다.

이와 같이, 본 발명은 고수분을 함유한 액상 연료와 타 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료와 같이 서로 다른 종류의 연료를 개별적으로 미립화하여 분무하고, 선회류를 따라 가스화제를 2차에 걸쳐 분사하여 혼합한 후 연소 반응을 통해 합성가스로 전환할 수 있다.

그리고 본 발명은 고수분을 함유한 액상 연료를 연료 분무 노즐 팁에 분사해서 고온 조건으로 인한 노즐 팁의 열변형을 방지하고, 냉각수 또는 냉매를 순환시켜 가스화 버터를 냉각하여 과열을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 제6 스트림부를 통해 순산소를 분사하여 반응영역이 반응기 내측으로 이동하면서 반응이 불안정해지는 현상을 방지함으로써, 가스화 반응의 시작점을 운용자가 원하는 위치로 조절할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 연료와 가스화제 및 순산소를 분사하여 반응영역을 조절함으로써, 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 안정적으로 운전할 수 있다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 서로 다른 종류의 연료를 개별적으로 미립화하여 분무하고, 각 연료와 가스화제를 용이하게 혼합하여 반응시키며, 노즐 팁의 열변형 및 가스화 버너의 과열을 방지할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 서로 다른 종류의 연료를 개별적으로 미립화하여 분무하고, 각 연료와 가스화제를 용이하게 혼합하여 반응시키며, 노즐 팁의 열변형 및 가스화 버너의 과열을 방지하는 기술에 적용된다.

10: 가스화 버너 20: 제1 스트림부
21: 제1 연료 분무 노즐 30: 제2 스트림부
40: 제3 스트림부 43: 제2 연료 분무 노즐
50: 제4 스트림부 60: 제5 스트림부
61: 공급관 62: 배출관
70: 제6 스트림부 71: 순산소 분사노즐
80: 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치
81: 구동부 82: 제어부
83: 반응기

Claims (10)

1. 중유나 저급오일, 폐유 중 어느 하나인 제1 액상 연료를 분무하는 제1 연료 분무 노즐이 설치되는 제1 스트림부,
   가스화제를 1차 분사하는 제2 스트림부,
   상기 제1 액상 연료에 비해 많은 수분을 함유하는 제2 액상 연료를 분무하는 제2 연료 분무 노즐이 설치되는 제3 스트림부 및
   가스화제를 2차 분사하는 제4 스트림부를 포함하여
   분사된 연료와 가스화제를 혼합하여 합성가스로 전환하도록 연소반응시키고,
   상기 제1 연료 분무 노즐은 상기 제2 액상 연료에 함유된 수분에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 가스화 버너.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   냉각수 또는 냉매를 순환시켜 각 스트림부를 냉각하는 제5 스트림부와
   분사된 제1 및 제2 액상 연료와 가스화제를 향해 순산소를 분사하는 제6 스트림부를 더 포함하고,
   상기 제6 스트림부의 선단에는 미리 설정된 영역에 순산소를 분사하는 순산소 분사노즐이 설치되는 것을 특징으로 하는 가스화 버너.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제5 스트림부의 후단부에는 냉각수 또는 냉매를 공급하는 공급관과
   상기 제5 스트림부 내부를 순환하면서 열교환에 의해 가열된 냉각수 또는 냉매를 배출하는 배출관이 연결되는 것을 특징으로 하는 가스화 버너.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제6 스트림부의 선단부에는 가스화 버너의 중심축을 중심으로 미리 설정된 제1 경사각도의 기울기로 형성되는 제1 경사부와
   상기 제1 경사부 내측에 상기 제1 경사각도보다 큰 각도로 설정된 제2 경사각도의 기울기로 형성되는 제2 경사부가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스화 버너.
7. 제4항에 있어서,
   상기 제1 스트림부의 외주면과 제2 스트림부의 내주면 중 어느 하나 이상과
   상기 제3 스트림부의 외주면과 제4 스트림부의 내주면 중 어느 하나 이상에는 선회류를 형성하도록 선회류 베인이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스화 버너.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 가스화 버너를 이용해서 서로 다른 종류의 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 합성가스로 전환하는 것을 특징으로 하는 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 가스화 버너에 마련된 제1 내지 제6 스트림부에 각각 서로 다른 종류의 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소를 공급하도록 구동되는 구동부 및
   반응기 내부에 설치된 감지센서의 감지신호를 이용해서 반응상태를 검사하고 검사 결과에 따라 각 스트림부에서 분사되는 분사압력, 분사속도, 분사량을 변경해서 반응 상태를 조절하도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 제1 내지 제6 스트림부 각각에 개별적으로 연결되어 제1 및 제2 액상 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소를 공급하도록 동작하는 구동펌프 또는 조절댐퍼를 포함하고,
    상기 가스화제는 상기 연료의 종류에 따라 조성이 변경되어 공급되는 것을 특징으로 하는 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치.

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