KR101569378B1 - 부분 용융형 미분탄 가스화 장치 및 미분탄 가스화 방법 - Google Patents

부분 용융형 미분탄 가스화 장치 및 미분탄 가스화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스화 장치 내에서 합성가스의 재순환 흐름 생성과 입자의 점착을 억제시킴으로써 파울링(fouling) 현상을 방지하여 가스화 장치의 하단 막힘 현상을 방지하고 장치의 운전 효율을 향상시키고, 양질의 합성가스를 얻을 수 있음과 동시에 가스화 전환 효율을 증대시키며, 내화재 수명을 증대시킬 수 있는 부분 용융형 미분탄 가스화 장치 및 미분탄 가스화 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 가스화 본체; 상기 가스화 본체 상부에 구비되는 미분탄 공급버너; 및 상기 가스화 본체에서 생성되는 애쉬 용융물의 응고를 방지하도록 구성되는 애쉬 용융물 응고 방지 수단;을 포함하는 미분탄 가스화 장치가 제공되며, 가스화기 내부로 미분탄과 산화제를 투입하는 미분탄/산화제 투입 단계; 투입된 미분탄과 산화제를 산화시키는 산화 단계; 상기 산화 과정에서 발생하는 용융 애쉬 성분이 가스화기 내벽면에 점착 응고되는 것을 방지하도록 용융된 애쉬 성분을 하방으로 유도하는 용융물 유도 단계; 및 상기 가스화기 내부에서 생성된 합성가스를 배출하는 합성가스 배출 단계;를 포함하는 미분탄 가스화 방법이 제공된다.

Description

부분 용융형 미분탄 가스화 장치 및 미분탄 가스화 방법{PARTIAL SLAGGING TYPE-PULVERIZED COAL GASIFIER AND PULVERIZED COAL GASIFICATION METHOD}
본 발명은 부분 용융형 미분탄 가스화 장치 및 미분탄 가스화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스화 장치 내에서 합성가스의 재순환 흐름 생성과 입자의 점착을 억제시킴으로써 파울링(fouling) 현상을 방지하여 가스화 장치의 하단 막힘 현상을 방지하고 장치의 운전 효율을 향상시키고, 양질의 합성가스를 얻을 수 있음과 동시에 가스화 전환 효율을 증대시키며, 내화재 수명을 증대시킬 수 있는 부분 용융형 미분탄 가스화 장치 및 미분탄 가스화 방법에 관한 것이다.
가스화 기술은 석탄, 바이오매스 또는 중질잔사유와 같은 저급의 탄화수소 계열 원료를 가스화하여 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle, 석탄가스화 복합발전), 메탄올이나 DME(Di-Methyl Ether) 등과 같은 화학원료 생산, 합성석유 및 합성천연가스(Synthetic Natural Gas) 생산 등과 같은 청정에너지 분야에 활용하는 기술이다.
기존 석탄 가스화기는 1,400℃ 이상에서 운전되는 용융(slagging) 가스화기이거나, 비용융(nonslagging)으로 운전되는 유동층이나 고정층 가스화기가 대표적이다. 석탄이나 중질잔사유와 같은 유기물질을 합성가스로 변환시키기 위한 온도는 1,300℃ 이상이면 가능한 반면, 용융 가스화기는 회분을 녹이기 위해 1,400~1,600℃ 범위에서 운전된다. 이와 달리, 유동층이나 고정층은 회분이 용융되면 붙는 현상을 피하기 위해서 회분의 용융 온도 이하인 1,000℃ 이하에서 운전된다.
석탄과 같은 고체 입자 형상의 원료 또는 중질잔사유와 같은 액상의 형상을 지니지만 일부 회재(ash)를 포함하는 원료를 가스화하여 청정에너지로 활용하기 위하여 고안되어 있는 대부분의 가스화 기술은 석탄의 크기를 아주 작은 상태로 만든 미분탄 입자를 산화제(산소 또는 산소와 수증기의 혼합 기체)의 기류 흐름에 편승시켜 반응을 촉진시키는 분류층(entrained bed) 가스화 기술을 활용하고 있다.
예를 들어, 고온/고압으로 운전되는 석탄가스화기 등과 같은 반응기를 포함하는 미분탄 가스화 장치는 분체시료(석탄, 코크스 등)와 산화제를 통해 합성 가스를 생산한다.
도 1은 종래 기술에 따른 상부 공급형 비용융 및 부분 용융형 미분탄 가스화 장치의 구성을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 미분탄 가스화 장치는 원통형의 가스화기(1) 상부에 미분탄 및 산화제를 공급하는 버너(2)가 설치된다. 이 경우 상부에서 공급된 미분탄과 산화제가 가스화기(1) 내에서 가스화반응을 거쳐 합성가스로 전환되어 가스화기 하부 출구방향(3)으로 배출된다.
가스화기 형태가 원통형으로 형성되므로 인해 일부 고온의 합성가스는 가스화기(1) 내부에서 상부방향으로 재순환되는 합성가스 흐름(4)을 발생시키며, 비용융 및 부분용융을 위하여 가스화기 내부의 운전 온도를 애쉬(ash) 성분의 용융온도 보다 낮게 유지하는 경우에도 고온의 버너 주변에서 일부 용융된 입자가 생기거나, 애쉬 성분변화에 따라 미반응된 입자가 점착성을 가지게 된다.
이와 같이 부분 용융되어 접착성이 높아진 입자(5)들은 재순환되는 합성가스 흐름(4)을 타고 순환되면서 가스화기(1) 상부 내측 벽면에 부착되며, 버너(2) 주변 벽면에서 부착된 입자들은 남아 있는 탄소 성분이 추가적으로 가스화 반응되면서 버너 주변의 고온 부위 내측 벽면에서 용융된 상태의 용융물(6)로 있게 된다.
이후 용융물(6)은 가스화기(1) 내측 벽면을 타고 흘러내리는 하강 용융물(7) 상태로 되고, 이 하강 용융물(7)은 점차 굳어져 용융온도 이하가 되는 지점에서 응고물(8)이 쌓이게 되는 문제점이 발생된다.
이렇게 굳어진 애쉬 성분의 응고물(8)로 인하여 합성가스 출구부위가 줄어들게 되면 재순환되는 합성가스의 흐름이 보다 많아지게 되면서, 미분탄 공급버너의 안정적인 화염 생성을 교란하고 이로 인하여 미반응 미분탄 입자 생성이 많아져 가스화기 벽면 부착현상이 가중된다.
또한, 장시간 가스화기 운전이 지속되는 경우에는 상기와 같이 재순환 되는 고온의 합성가스로 인하여 미분탄 공급버너 끝단의 손상을 유발하거나, 굳어진 응고물(9)이 많아져 결국에는 가스화기 출구부분 전체를 막을 수 있게 되어 가스화기의 운전이 불가능해지는 상황을 초래하는 문제점이 있다.
본 발명과 관련하여 미분탄 가스화 장치에 대해서는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0123975호(2013.11.13.) 및 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0112519호(2011.10.13.)에 제안되어 있다.
(문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0123975호(2013.11.13.) (문헌 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0112519호(2011.10.13.)
이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 가스화 장치 내에서 합성가스의 재순환 흐름 생성과 입자의 점착을 억제시킴으로써 파울링(fouling) 현상을 방지하고 가스화 장치의 하단 막힘 현상을 방지하여 장치의 운전 효율을 향상시키고, 양질의 합성가스를 얻을 수 있음과 동시에 가스화 전환 효율을 증대시키며, 내화재 수명을 증대시킬 수 있는 부분 용융형 미분탄 가스화 장치 및 미분탄 가스화 방법을 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 가스화 장치의 본체 상부 일정 부위를 고온으로 유지하여 애쉬 성분을 원활하게 용융시켜 배출하고, 생성된 합성가스의 흐름이 가스화가 내부에서 재순환되지 않도록 하고, 고온의 합성가스의 흐름이 가스화 장치의 본체 내측 벽면에 직접 접촉되지 않도록 커튼(curtain)역할을 하면서, 고온의 합성가스와 서서히 혼합되어 미반응된 입자의 애쉬 성분이 점착성을 가지는 온도미만까지 냉각될 수 있도록 하여 애쉬 성분의 응고물이 본체 내벽에 형성되지 않도록 하여 장치의 안정적인 운전성을 확보할 수 있는 부분 용융형 미분탄 가스화 장치 및 미분탄 가스화 방법을 구현하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 가스화 본체; 상기 가스화 본체 상부에 구비되는 미분탄 공급버너; 및 상기 가스화 본체에서 생성되는 애쉬 용융물의 응고를 방지하도록 구성되는 애쉬 용융물 응고 방지 수단;을 포함하는 미분탄 가스화 장치가 제공된다.
상기 애쉬 용융물 응고 방지 수단은 상기 미분탄 공급버너가 구비되는 상단부 측으로부터 하방향으로 갈수록 확장되게 테이퍼지게 형성되는 확장 테이퍼 부재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 확장 테이퍼 부재의 하단부는 가스화 본체의 확관부과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 확장 테이퍼 부재의 하단부의 폭은 상기 가스화 본체의 확관부의 폭보다 작게 형성되고, 상기 가스화 본체의 확관부는 반경방향 내측으로 갈수록 하방향으로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 확장 테이퍼 부재의 상단부와 하단부까지의 수직 길이는 애쉬 성분의 용융 온도보다 높게 유지되는 부근까지의 길이를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 가스화 본체에서 생성된 합성가스의 흐름이 상기 가스화 본체의 내측 벽면에 접촉되는 것을 방지하도록 구성되는 에어커튼 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에어커튼 수단은 상기 가스화 본체의 내벽에 형성되는 에어커튼 유체 공급구; 및 상기 에어커튼 유체 공급구로 에어커튼용 유체를 공급하기 위한 에어커튼용 유체 공급장치를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에어커튼 유체 공급구는 상기 가스화 본체의 상단 가장자리에 형성되며, 분사되는 유체가 상기 가스화 본체의 중앙부와 내벽 측을 향하여 분사되도록 구성되는 분사 노즐을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에어커튼용 유체 공급장치는 상기 가스화 본체에서 배출되는 합성가스를 정제하고 냉각시켜 공급하는 냉각합성가스 공급유닛, 스팀(steam)을 생성하여 상기 에어커튼 유체 공급구로 스팀을 공급하는 스팀 공급유닛, 및 집진장치에서 포집된 애쉬 성분을 상기 에어커튼 유체 공급구로 공급하는 비산재 공급유닛 중 적어도 하나로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 가스화기 내부로 미분탄과 산화제를 투입하는 미분탄/산화제 투입 단계; 투입된 미분탄과 산화제를 산화시키는 산화 단계; 상기 산화 과정에서 발생하는 용융 애쉬 성분이 가스화기 내벽면에 점착 응고되는 것을 방지하도록 용융된 애쉬 성분을 하방으로 유도하는 용융물 유도 단계; 및 상기 가스화기 내부에서 생성된 합성가스를 배출하는 합성가스 배출 단계;를 포함하는 미분탄 가스화 방법이 제공된다.
상기 용융물 유도 단계는 용융되어 상기 가스화기의 확관부에 점착된 용융 애쉬 성분을 확관부의 경사를 통해 하방향으로 흐르도록 유도하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 융용 애쉬 성분의 유도 범위는 애쉬 성분의 용융 온도보다 높게 유지되는 부근까지의 범위로 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 미분탄 가스화 방법은 상기 가스화기 내에서 생성된 합성가스의 흐름이 가스화 본체의 내측 벽면에 접촉되는 것을 방지하도록 구성되는 에어커튼을 형성시키는 에어커튼 분사 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에어커튼 분사 단계는 가스화기 상단 가장자리에서 가스화기 본체 중앙부와 벽면 측을 향하여 유체가 분사되도록 하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 분사되는 유체의 공급은 가스화기에서 배출되는 합성가스를 정제 냉각시켜 공급하거나, 별도 생성된 스팀(steam)이 공급하거나, 집진장치에서 포집된 애쉬 성분을 공급하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 가스화 본체; 상기 가스화 본체 상부에 구비되는 미분탄 공급버너; 상기 미분탄 공급버너 하부에 하방향으로 갈수록 확장되어 애쉬 용융물이 용융상태로 흘러내리는 확장 테이퍼 부재; 및 상기 확장 테이퍼 부재 하부에 형성되는 확관부를 포함하는 미분탄 가스화 장치를 제공한다.
상기 확장 테이퍼 부재와 상기 확장 테이퍼 부재의 상단부가 형성되는 수평면과 수직되는 면사이의 경사부 각도(θ1)는 상기 확관부와 상기 확장 테이퍼 부재의 하단부가 형성되는 수평면과 수직되는 면사이의 확관부 각도(θ2)보다 작도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 확관부 각도(θ2)는 90도 이상인 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따른 부분 용융형 미분탄 가스화 장치 및 미분탄 가스화 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 가스화 장치 상부에서 합성가스가 재순환되는 흐름의 생성을 미연에 방지하고, 합성가스에 포함된 입자가 점착성을 가지는 온도 아래까지 냉각시킴으로써 가스화기 후단에서 애쉬 성분에 의해 발생하던 파울링(fouling) 현상을 방지하여 가스화기 후단의 막힘 현상을 억제하고 이에 따라 보다 장기간 안정적으로 운전될 수 있도록 하는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 스팀이나 집진장치에서 포집된 애쉬 성분을 공급하여 화학적 반응을 이용한 냉각을 하는 경우에는 보다 양질의 합성가스를 얻을 수 있고, 가스화 전환 효율이 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 미분탄 공급버너에서 생성된 고온의 합성가스 및 애쉬 성분이 가스화 장치 하부의 내화재에 직접 접촉되지 않으므로 가스화기 내화재 수명이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 상부 공급형 비용융 및 부분 용융형 미분탄 가스화 장치의 구성을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치의 구성을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 구성도, 그리고
도 3은 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치의 가스화 방법을 도시한 플로차트이다.
이하에서 설명되는 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치 및 가스화 방법은 석탄이나 코크스 등의 미분탄을 가스화하여 합성가스를 생산하는 시스템 및 방법에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치 및 가스화 방법은 가스화 장치 상부에서 합성가스가 재순환되는 흐름의 생성을 미연에 방지하고, 합성가스에 포함된 입자가 점착성을 가지는 온도 아래까지 냉각시킴으로써 가스화기 후단에서 애쉬 성분에 의해 발생하던 파울링(fouling) 현상을 방지하여 가스화기 후단의 막힘 현상을 억제하고 이에 따라 보다 장기간 안정적으로 운전되고, 스팀이나 집진장치에서 포집된 애쉬 성분을 공급하여 화학적 반응을 이용한 냉각을 하는 경우에는 보다 양질의 합성가스를 얻을 수 있고, 가스화 전환 효율이 증대시키며, 미분탄 공급버너에서 생성된 고온의 합성가스 및 애쉬 성분이 가스화 장치 하부의 내화재에 직접 접촉되지 않으므로 가스화기 내화재 수명이 증대되는 특징이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지의 명확화를 위하여 그 상세한 설명을 생략하거나 간략히 한다.
먼저, 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치의 구성을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 하단부에 합성가스 배출구(미도시)가 형성되는 가스화 본체(100); 상기 가스화 본체(100) 상부에 구비되는 미분탄 공급버너(200); 및 상기 가스화 본체(100)에서 생성되는 애쉬 용융물(301)의 응고를 방지하도록 구성되는 애쉬 용융물 응고 방지 수단(300)을 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 가스화 본체(100) 내에서 생성된 합성가스의 흐름이 가스화 본체(100)의 내측 벽면에 접촉되는 것을 방지하도록 구성되는 에어커튼 수단(400)을 더 포함한다.
상기 가스화 본체(100)는 기본적으로 통 형태로 형성되며, 후술하는 애쉬 용융물 응고 방지 수단(300)과 에어커튼 수단(400)이 일체로 구성된다.
상기 미분탄 공급버너(200)는 미분탄과 산화제가 공급되는 구성이나 공지의 것이 채용될 수 있다.
상기 애쉬 용융물 응고 방지 수단(300)은 상단부(310)에 미분탄 공급버너(200)가 구비되며 하방향으로 갈수록 확장되게 테이퍼져 하단부(320)가 상기 가스화 본체(100)의 상단부에 일체로 형성되는 확장 테이퍼 부재 즉, 경사부로 이루어진다.
여기에서, 상기 확장 테이퍼 부재의 상단부(310)와 하단부(320)까지의 수직 길이(L)는 애쉬 성분의 용융 온도보다 높게 유지되는 부근(최소 200℃ 이상 높게 유지되는 부근)까지의 길이를 갖도록 구성된다.
여기에서, 상기 확장 테이퍼 부재의 하단부(320)의 폭은 가스화 본체(100)의 상단벽, 즉 상단에 형성되는 확관부(120)의 폭보다 작게 형성되고, 또한 상기 확장 테이퍼 부재의 하단부(320)와 일체로 형성되는 가스화 본체(100)의 확관부(120)는 내측으로 갈수록 하방향으로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 확장 테이퍼 부재와 상기 확장 테이퍼 부재의 상단부가 형성되는 수평면과 수직되는 면사이의 경사부 각도(θ1)는 상기 확관부(120)와 상기 확장 테이퍼 부재의 하단부가 형성되는 수평면과 수직되는 면사이의 확관부 각도(θ2)보다 작도록 형성되며, 확관부 각도(θ2)는 90도 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 확장 테이퍼 부재가 형성됨으로써 확장 테이퍼 부재의 벽면에 점착되거나 점착되어 있을 수 있는 애쉬 성분은 항상 용융된 조건하에 노출되기 때문에 테이퍼진 테이퍼 부재를 따라 하방으로 떨어지게 된다.
계속해서, 상기 에어커튼 수단(400)은 상기 가스화 본체(100)의 내벽에 형성되는 에어커튼 유체 공급구(410); 및 상기 에어커튼 유체 공급구(410)로 에어커튼용 유체를 공급하기 위한 에어커튼용 유체 공급장치(미도시)를 포함한다.
상기 에어커튼 유체 공급구(410)는 가스화 본체(100)의 상단 가장자리에 슬릿(slit) 형태로 형성된다. 여기에서, 상기 에어커튼 유체 공급구(410)는 그 유체 공급구를 통해 분사되는 유체가 상기 가스화 본체(100)의 중앙부와 내벽 측을 향하여 분사되도록 구성되는 분사 노즐(미도시)을 포함한다. 이에 따라 상기 분사 노즐을 통해 분사되는 유체는 도2에 도시된 바와 같이 유체 흐름(411)을 형성하게 된다.
상기 에어커튼용 유체 공급장치는 상기 가스화 본체(100)에서 생성된 합성가스(412)를 배출시킨 라인에서 바이패스시켜 정제하고 냉각시킨 냉각 합성가스를 상기 에어커튼 유체 공급구(410)로 공급하는 냉각합성가스 공급유닛으로 구성될 수 있다.
또는, 상기 에어커튼용 유체 공급장치는 스팀(steam)을 생성하여 상기 에어커튼 유체 공급구(410)로 스팀을 공급하는 스팀 공급유닛으로 구성되거나, 집진장치에서 포집된 애쉬 성분(비산재)을 커튼 유체 공급구(410)로 공급하여 화학적 반응을 이용한 냉각을 실행할 수 있도록 하는 비산재 공급유닛으로 구성될 수 있다.
미설명부호 413은 가스화 본체(100) 내에서 냉각되어 흐르는 냉각 합성가스이고, 미설명부호 414는 냉각된 애쉬 성분이다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치의 가스화 방법에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치의 가스화 방법을 도시한 플로차트이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 미분탄 가스화 방법은 가스화기 내부로 미분탄과 산화제를 투입하는 미분탄/산화제 투입 단계(S100); 투입된 미분탄과 산화제를 산화시키는 산화 단계(S200); 상기 산화 과정에서 발생하는 용융 애쉬 성분이 가스화기 내벽면에 점착되어 응고되는 것을 방지하도록 용융된 애쉬 성분을 하방으로 유도하는 용융물 유도 단계(S300); 및 상기 가스화기 내부에서 생성된 합성가스를 배출하는 합성가스 배출 단계(S400)를 포함한다.
상기 미분탄/산화제 투입 및 산화 단계(S100, S200)는 통상의 방법을 채용 또는 적용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 용융물 유도 단계(S300)는 산화 단계의 산화에 의해 용융되어 가스화기의 내벽면에 점착된 용융 애쉬 성분을 내벽면의 경사를 통해 하방향으로 흐르도록 유도하여 이루어지는 것을 포함한다.
상기 융용 애쉬 성분이 유도되는 범위는 애쉬 성분의 용융 온도보다 높게 유지되는 부근(최소 200℃ 이상 높게 유지되는 부근)까지의 범위로 되도록 이루어진다.
한편, 본 발명의 미분탄 가스화 방법은 가스화기 내에서 생성된 합성가스의 흐름이 가스화 본체의 내측 벽면에 접촉되는 것을 방지하도록 구성되는 에어커튼을 형성시키는 에어커튼 분사 단계(S500)를 더 포함한다.
상기 에어커튼 분사 단계(S500)는 가스화기 상단 가장자리(예를 들어, 상단 가장자리 전체 둘레에서 슬릿형태)에서 가스화기 본체 중앙부와 벽면 측을 향하여 유체가 분사되도록 하는 것을 포함한다.
상기 분사되는 유체의 공급은 가스화기에서 배출되는 합성가스를 바이패스시켜 정제 냉각시킨 냉각 합성가스를 공급하도록 할 수 있다.
또는, 상기 분사되는 유체의 공급은 별도의 장치에서 생성된 스팀(steam)이 공급되도록 하거나, 집진장치에서 포집된 애쉬 성분(비산재)을 공급되도록 하여 화학적 반응을 이용한 냉각을 실행하게 된다.
상기 분사되는 유체의 공급은 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
이러한 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치 및 가스화 방법은 석탄이나 코크스 등의 미분탄을 가스화하여 합성가스를 생산하는 시스템 및 방법에 적용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치 및 가스화 방법은, 가스화 장치 상부에서 합성가스가 재순환되는 흐름의 생성을 미연에 방지하고, 합성가스에 포함된 입자가 점착성을 가지는 온도 아래까지 냉각시킴으로써 가스화기 후단에서 애쉬 성분에 의해 발생하던 파울링(fouling) 현상을 방지하여 가스화기 후단의 막힘 현상을 억제하고 이에 따라 보다 장기간 안정적으로 운전될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 스팀이나 집진장치에서 포집된 애쉬 성분을 공급하여 화학적 반응을 이용한 냉각을 하는 경우에는 보다 양질의 합성가스를 얻을 수 있고, 가스화 전환 효율이 증대시키는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 미분탄 공급버너에서 생성된 고온의 합성가스 및 애쉬 성분이 가스화 장치 하부의 내화재에 직접 접촉되지 않으므로 가스화기 내화재 수명이 증대되는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 미분탄 가스화 장치 및 가스화 방법은, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100: 가스화 본체
120: 확관부
200: 미분탄 공급버너
300: 애쉬 용융물 응고 방지 수단
301: 애쉬 용융물
400: 에어커튼 수단
410: 에어커튼 유체 공급구
413: 냉각 합성가스
414: 냉각 애쉬 성분
S100: 미분탄/산화제 투입 단계
S200: 산화 단계
S300: 애쉬 용융물 유도 단계
S400: 합성가스 배출 단계
S500: 에어커튼 분사 단계

Claims (19)

  1. 가스화 본체;
    상기 가스화 본체 상부에 구비되는 미분탄 공급버너; 및
    상기 가스화 본체에서 생성되는 애쉬 용융물의 응고를 방지하도록 구성되는 애쉬 용융물 응고 방지 수단;을 포함하며,
    상기 애쉬 용융물 응고 방지 수단은
    상기 미분탄 공급버너가 구비되는 상기 가스화 본체의 상단부 측으로부터 하방향으로 갈수록 확장되게 테이퍼지게 형성되는 확장 테이퍼 부재로 이루어지며,
    상기 확장 테이퍼 부재의 하단부는 가스화 본체의 확관부와 일체로 형성되며,
    상기 확장 테이퍼 부재의 하단부의 폭은 상기 가스화 본체의 확관부의 폭보다 작게 형성되고,
    상기 가스화 본체의 확관부는 반경방향 내측으로 갈수록 하방향으로 경사지게 형성되는
    미분탄 가스화 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 확장 테이퍼 부재의 상단부와 하단부까지의 수직 길이는 애쉬 성분의 용융 온도보다 높게 유지되는 구간의 길이와 동일하거나 길이가 길도록 정해지는
    미분탄 가스화 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스화 본체에서 생성된 합성가스의 흐름이 상기 가스화 본체의 내측 벽면에 접촉되는 것을 방지하도록 구성되는 에어커튼 수단을 더 포함하는
    미분탄 가스화 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 에어커튼 수단은
    상기 가스화 본체의 내벽에 형성되는 에어커튼 유체 공급구; 및
    상기 에어커튼 유체 공급구로 에어커튼용 유체를 공급하기 위한 에어커튼용 유체 공급장치를 포함하는
    미분탄 가스화 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 에어커튼 유체 공급구는 상기 가스화 본체의 상단 가장자리에 형성되며, 분사되는 유체가 상기 가스화 본체의 중앙부와 내벽 측을 향하여 분사되도록 구성되는 분사 노즐을 포함하는
    미분탄 가스화 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 에어커튼용 유체 공급장치는
    상기 가스화 본체에서 배출되는 합성가스를 정제하고 냉각시켜 공급하는 냉각합성가스 공급유닛, 스팀(steam)을 생성하여 상기 에어커튼 유체 공급구로 스팀을 공급하는 스팀 공급유닛, 및 집진장치에서 포집된 애쉬 성분을 상기 에어커튼 유체 공급구로 공급하는 비산재 공급유닛 중 적어도 하나로 구성되는
    미분탄 가스화 장치.
  10. 가스화기 내부로 미분탄과 산화제를 투입하는 미분탄/산화제 투입 단계;
    투입된 미분탄과 산화제를 산화시키는 산화 단계;
    상기 산화 과정에서 발생하는 용융 애쉬 성분이 가스화기 내벽면에 점착 응고되는 것을 방지하도록 용융된 애쉬 성분을 하방으로 유도하는 용융물 유도 단계; 및
    상기 가스화기 내부에서 생성된 합성가스를 배출하는 합성가스 배출 단계;를 포함하며,
    상기 용융물 유도 단계는
    용융되어 상기 가스화기의 내벽면에 점착된 용융 애쉬 성분을 내벽면의 경사를 통해 하방향으로 흐르도록 유도하는 것을 포함하며,
    상기 융용 애쉬 성분의 유도 범위는 애쉬 성분의 용융 온도보다 높게 유지되는 구간까지의 범위로 되도록 하는
    미분탄 가스화 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 미분탄 가스화 방법은
    상기 가스화기 내에서 생성된 합성가스의 흐름이 가스화 본체의 내측 벽면에 접촉되는 것을 방지하도록 구성되는 에어커튼을 형성시키는 에어커튼 분사 단계를 더 포함하는
    미분탄 가스화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 에어커튼 분사 단계는
    가스화기 상단 가장자리에서 가스화기 본체 중앙부와 벽면 측을 향하여 유체가 분사되도록 하는 것을 포함하는
    미분탄 가스화 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 분사되는 유체의 공급은
    가스화기에서 배출되는 합성가스를 정제 냉각시켜 공급하거나,
    별도 생성된 스팀(steam)이 공급하거나,
    집진장치에서 포집된 애쉬 성분을 공급하는 것 중 적어도 하나를 포함하는
    미분탄 가스화 방법.
  16. 삭제
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 확장 테이퍼 부재와 상기 확장 테이퍼 부재의 상단부가 형성되는 수평면과 수직되는 면사이의 경사부 각도(θ1)는 상기 확관부와 상기 확장 테이퍼 부재의 하단부가 형성되는 수평면과 수직되는 면사이의 확관부 각도(θ2)보다 작도록 형성되는
    미분탄 가스화 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 확관부 각도(θ2)는 90도 이상인 것을 특징으로 하는
    미분탄 가스화 장치.
  19. 삭제
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001288482A (ja) * 2000-04-03 2001-10-16 Babcock Hitachi Kk 気流層石炭ガス化装置
JP2002005421A (ja) * 2000-06-20 2002-01-09 Takuma Co Ltd 飛灰溶融炉
JP4191811B2 (ja) * 1998-01-29 2008-12-03 株式会社三徳 金属酸化物粉末の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4191811B2 (ja) * 1998-01-29 2008-12-03 株式会社三徳 金属酸化物粉末の製造方法
JP2001288482A (ja) * 2000-04-03 2001-10-16 Babcock Hitachi Kk 気流層石炭ガス化装置
JP2002005421A (ja) * 2000-06-20 2002-01-09 Takuma Co Ltd 飛灰溶融炉

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