KR101616527B1 - 바이오매스 합성가스 냉각 및 세정 방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

바이오매스 합성가스를 냉각 및 세정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 1000 내지 1100℃의 온도, 20g/Nm³ 미만의 분진 함량, 3g/Nm³ 미만의 타르 함량을 가진 바이오매스 합성가스에 관한 것이다. 방법은 1) 합성가스를 냉각 타워(2)에 도입시켜 슬래그를 응축시키는 단계; 2) 슬래그의 응축 후 합성가스를 폐열 보일러에 도입시켜 폐열을 복구하고 합성가스에 있는 무거운 타르를 응축시키는 단계; 3) 폐열 보일러로부터 나오는 합성가스를 스크러빙-냉각 타워(5)에 도입시켜 분진을 제거하고 합성가스의 온도를 감소시키는 단계; 및 4) 스크러빙-냉각 타워로부터 분진이 제거되고 온도가 감소된 후 합성가스를 전기 집진기(6)에 도입시켜 먼지와 타르를 추가적으로 제거하는 단계를 포함한다.
바이오매스 합성가스를 냉각 및 세정하기 위한 시스템은 고온 열분해 바이오매스 가스화기(10)에 연결된 냉각 타워(2)를 구비하고; 냉각 타워(2)는 합성가스 파이프라인을 경유하여 폐열 보일러, 스크러빙-냉각 타워(5), 및 전기 집진기(6)에 연결된다. 본 발명의 방법은 구조가 간단하고, 열 사용 효율이 높고, 합성가스 처리에서 양호한 결과를 준다.

Description

바이오매스 합성가스 냉각 및 세정 방법 및 그 시스템{Process for cooling and washing biomass syngas and system thereof}

본 발명은 신에너지 분야의 바이오매스의 사용에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 바이오매스 합성가스를 냉각 및 세정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

화석 연료의 보존량이 감소됨에 따라, 바이오매스, 재생 가능한 청정 에너지에 대해 많은 관심과 급속한 개발이 이루어지고 있다. 바이오매스를 사용한 가스 생산과 오일 생산은 신에너지 개발 분야의 중요한 연구 과제가 되고 있다.

석탄 가스 생산과 마찬가지로, 바이오매스 가스 생산은 냉각과 세정과 같은 정화 공정들을 필요로 한다. 현재, 바이오매스 가스화 방법에 대한 연구들은 엄청난 연구 결과물이 쏟아지고 있는 반면, 바이오매스 합성가스의 정화에 대한 연구는 종래의 석탄 가스의 냉각 및 세정 방법을 참조하여 수행되었고, 그 연구 성과물은 상대적으로 적다.

석탄 가스의 냉각은 일반적으로 가스화기, 가스화기 외부, 또는 가스화기와 결합하여 수행된다.

가스화기의 합성가스를 냉각시키기 위해 물이 사용될 때, 가스화기의 구조가 복잡해지고 사이즈가 커지게 된다. 슬래그는 가스화기의 벽 표면에 쉽게 달라붙어서, 그 찌꺼기가 가스화기의 물 쪽에 쉽게 형성되고, 파이프 부식과 천공과 같은 감춰진 위험들과 누수가 존재하게 된다. 가스화기의 합성가스를 냉각시키기 위해 가스가 사용될 때, 합성가스의 온도는 200 내지 300℃로 냉각되지만, 이 방법은 특수한 화학적 합성가스에만 적용되므로 한계가 있다.

고온 합성가스가 복사 폐열 보일러에 의해 냉각될 때, 폐열 보일러는 슬래그의 상대적으로 큰 가열 표면을 가질 필요가 있고, 특수한 분진 제거 장치가 설비되어야 하므로, 장치 투자비를 증가시키게 된다.

석탄 가스로부터 분진을 제거하는 방법들은, 침전, 필터, 사이클론 침전, 전기 침전, 물 세척, 및 벤츄리 스크러버에 의한 분진 제거를 포함한다. 여러 가지 분진 제거 방법들은 분진 제거 효과와 저항 소비에 따라 변화한다.

여러 가지 원료 물질로부터 제조되는 합성가스의 다양한 특성들과 서로 다른 가스화 공법들은 모두 동일하지는 않다. 그러나, 목적화된 공정 방법과 시스템 구성이 채택되어 향상된 정화 목표와 경제 목표를 보장해야 한다. 복잡한 시스템, 긴 절차, 높은 에너지 소비, 낮은 효율 및 안정성, 비경제적인 특징을 가지는 석탄 가스 정화를 위한 종래의 방법들은 바이오매스 합성가스에 적용될 때에는 최적화되고 개선되어야만 한다.

전술한 문제점들의 관점에서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은, 바이오매스 합성가스를 냉각 및 세정하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 바이오매스 합성가스는 1000 내지 1100℃의 온도, 20g/Nm³ 미만의 분진 함량, 3g/Nm³ 미만의 타르 함량을 가진다.

상기 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 기술적 방안이 사용된다.

본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다.

1) 합성가스를 냉각 타워에 도입시켜 슬래그를 응축시키는 단계;

2) 슬래그의 응축 후 합성가스를 폐열 보일러에 도입시켜 폐열을 복구하고 합성가스에 있는 무거운 타르를 응축시키는 단계;

3) 폐열 보일러로부터 나오는 합성가스를 스크러빙-냉각 타워에 도입시켜 분진을 제거하고 합성가스의 온도를 감소시키는 단계; 및

4) 스크러빙-냉각 타워로부터 분진이 제거되고 온도가 감소된 후 합성가스를 전기 집진기에 도입시켜 먼지와 타르를 추가적으로 제거하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 단계 1)에서 냉각 타워에 의해 냉각된 후의 합성가스는 780 내지 820℃의 온도를 가진다.

바람직하게, 단계 1)에서, 합성가스는 냉각 타워로 들어가기 전에 수냉 연도 장치에 의해 예비적으로 냉각된다.

바람직하게, 단계 2)에서, 폐열은 고온부와 저온부에서 복구된다. 고온부는 워터-파이프 폐열 보일러이고, 그 출구에서 합성가스의 온도는 400 내지 450℃로 제어된다. 저온부는 히트-파이프 폐열 보일러이고, 그 출구에서 합성가스의 온도는 200℃ 미만으로 제어된다.

바람직하게, 고온부의 폐열 스팀의 압력은 1.6 메가파스칼 보다 크고, 저온부의 폐열 스팀의 압력은 0.5 내지 1.6 메가파스칼이다.

바람직하게, 단계 1)에서, 냉각 타워는 수냉 냉각 타워이다. 합성가스는 수냉 연도 장치에 의해 예비적으로 냉각되어 수냉 냉각 타워로 전송된다. 수냉 연도 장치와 수냉 냉각 타워에 의해 복구되는 폐열은 히트-파이프 폐열 보일러로 전송되어 스팀과 물의 분리를 수행하고, 물은 사용을 위해 순환된다.

바람직하게, 단계 3)에서, 스크러빙-냉각 타워의 합성가스의 온도는 40 내지 45℃로 감소된다.

본 발명의 다른 측면에 따른 목적은 바이오매스를 냉각 및 세정하기 위한 시스템을 제공한다. 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 바이오매스 냉각 및 세정 시스템은, 고온 열분해 바이오매스 가스화기에 연결된 냉각 타워를 구비한다. 냉각 타워는 합성가스 파이프라인을 경유하여 폐열 보일러, 스크러빙-냉각 타워, 및 전기 집진기에 연결된다.

고온 열분해 바이오매스 가스화기는 수냉 연도 장치를 경유하여 냉각 타워에 연결된다.

수냉 연도 장치는 수냉 연도와 제1 가열 파이프를 구비한다. 수냉 연도는 입구 수냉 연도, 상부 벤드 수냉 연도, 직선 수냉 연도, 하부 벤드 수냉 연도, 및 출구 수냉 연도가 직렬로 배치되고, 밀봉 연결된다. 제1 가열 파이프는 주변을 둘러싸도록 배치되고, 인접한 제1 가열 파이프는 제1 강판 스트립을 통해 이음매가 없이 연결되어 환형의 수냉 벽을 형성한다. 환형의 수냉 벽의 구멍은 여러 가지 영역들의 연도들을 형성한다.

입구 수냉 연도는 입구 환형 헤더와 입구 환형 수냉 벽을 구비한다. 입구 환형 수냉 벽은 상부 벤드 수냉 연도에 연결된다. 입구 환형 헤더에는 냉각 매체를 입력시키기 위한 냉각 매체 입구 파이프, 및 제1 가열 파이프에 연결된 다수의 어댑터들이 각각 마련된다. 출구 수냉 연도의 구조는 입구 수냉 연도의 그것과 동일하다. 수냉 연도의 내벽에는 60 내지 80mm의 두께를 가진 내화물 층이 마련된다.

냉각 타워는 수냉 냉각 타워이다.

수냉 냉각 타워는 밀봉 수냉 실린더이다. 수냉 실린더는 다수의 제2 가열 파이프들에 의해 둘러싸이고, 인접한 제2 가열 파이프들은 밀봉 연결된다. 모든 제2 가열 파이프들의 하단은 냉각수를 입력하기 위해 입구 헤더에 연결되고; 모든 제2 가열 파이프의 상단은 냉각수를 출력하기 위해 출구 헤더에 연결된다. 제1 입구 조인트는 처리될 합성가스를 입력하기 위해 수냉 실린더의 벽의 상부에 배치된다. 제1 출구 조인트는 처리 후 합성가스를 출력하기 위해 수냉 실린더의 벽의 하단에 배치된다. 수냉 실린더의 하부는 도립 원추형 모양이고, 도립 원추형의 바닥에는 슬래그 출구가 마련된다.

다수의 물 분사 파이프들은 직렬 연결된 워터-파이프 폐열 보일러와 히트-파이프 폐열 보일러를 구비한다.

워터-파이프 폐열 보일러는 제1 드럼 및 제1 드럼 하부에 배치된 보일러 본체를 구비한다. 보일러 본체는 수평 구조이다. 제2 입구 조인트와 제2 출구 조인트는 보일러 본체의 2개의 수평 끝단들에 배치된다. 보일러 본체는 보일러의 벽과 길이방향으로 배치된 다수의 제3 가열 파이프들을 구비한다. 모든 제3 가열 파이프들의 꼭대기 끝단은 상부 컨넥터 파이프를 통해 상부 헤더에 연결된다. 모든 제3 가열 파이프들의 바닥 끝단은 하부 컨넥터 파이프를 통해 하부 헤더에 연결된다. 상부 헤더는 스팀을 복구하기 위해 스팀 출구 파이프를 통해 제1 드럼에 연결된다. 하부 헤더는 냉각수를 공급하기 위해 다운 코머(down comer)를 통해 제1 드럼의 바닥에 연결된다. 보일러 본체의 2개의 측벽들은 멤브레인 벽 튜브 패널이다. 각각의 멤브레인 벽 튜브 패널의 상단과 하단은 각각 상부 헤더와 하부 헤더에 연결된다.

히트-파이프 폐열 보일러는 제4 가열 파이프들, 제2 드럼, 및 열-절연 벽을 구비한다. 제4 가열 파이프들은 가열 파이프들이다. 각각의 가열 파이프의 열 방출부는 제2 드럼에 삽입되고, 각각의 가열 파이프의 열 흡수부는 열-절연 벽에 배치된다. 열-절연 벽은 용접에 의해 제3 입구 조인트와 제3 출구 조인트에 연결되고, 열-절연 벽의 하단은 용접에 의해 애쉬 호퍼에 연결된다.

냉각 타워는 수냉 냉각 타워이다. 고온 열분해 바이오매스 가스화기는 수냉 연도 장치를 경유하여 수냉 냉각 타워에 연결된다. 히트-파이프 폐열 보일러의 물 파이프라인은 수냉 연도 장치의 물 파이프라인 및 수냉 냉각 타워의 물 파이프라인에 직렬로 연결되어 물 순환 시스템을 형성한다.

스크러빙-냉각 타워는 충전(packed) 스크러빙-냉각 타워이다.

전기 집진기는 습식 전기 집진기이다.

전기 집진기의 가스 출구는 팬에 의해 가스 홀더와 플레어(flare)에 연결된다.

현존하는 석탄 가스의 정화 처리와 비교하여 본 발명의 바람직한 예시적 실시예들에 따른 효과를 정리하면 다음과 같다.

냉각 공정은 가스화기 밖에서 물을 분사시켜 수행되므로, 가스화 공정이 영향을 받지 않는다. 슬래그 응축 효과 및 시스템의 열효율 모두 냉각 정도의 제어 의해 향상된다. 폐열 보일러의 2개 압력을 가진 2개의 섹션의 구성은 무거운 타르의 집중적 수거, 점진적인 폐열 복구, 및 장치의 열효율을 향상시킬 수 있다. 스크러빙-냉각 타워와 전기 집진기가 사용되어 분진과 타르를 제거함으로써, 합성가스의 점진적 정화를 구현할 수 있다. 전체 공정은 스무스하고, 시스템의 구조가 간단하다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 바이오매스 합성가스 냉각 및 세정용 시스템의 개략적 구성도이다.
도 2는 도 1의 수냉 연도 장치의 개략적 구성도이다.
도 3은 도 2의 A 방향을 따른 평면도이다.
도 4는 도 2의 B-B선을 따라 취한 확대도이다.
도 5는 도 1의 수냉 냉각 타워의 구성도이다.
도 6은 도 5의 C-C선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 도 6의 I 부위의 확대도이다.
도 8은 도 5의 물 분사 파이프의 스프레이 파이프 시스템이다.
도 9는 도 1의 워터-파이프 폐열 보일러의 개략적 구성도이다.
도 10은 도 9의 D-D선을 따라 취한 단면도이다.
도 11은 도 1의 히트-파이프 폐열 보일러의 개략적 구성도이다.
도 12는 도 11의 E-E선을 따라 취한 단면도이다.

본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 바이오매스 합성가스를 냉각 및 세정하기 위한 시스템은 수냉 연도 장치(1)를 통해 고온 열분해 바이오매스 가스화기(10)에 연결된 수냉 냉각 타워(2)를 구비한다. 수냉 냉각 타워(2)는 합성가스 파이프라인에 의해 워터-파이프 폐열 보일러(3), 히트-파이프 폐열 보일러(4), 스크러빙-냉각 타워(5), 및 전기 집진기(6)에 각각 연결된다. 열에너지를 복구 및 사용하기 위해, 히트-파이프 폐열 보일러(4)의 물 파이프라인, 수냉 연도 장치(1)의 물 파이프라인, 및 수냉 냉각 타워(2)의 물 파이프라인은 직렬로 연결되어 물 순환 시스템을 형성함으로써, 수냉 연도 장치(1)와 히트-파이프 폐열 보일러(4)에 적용될 수냉 냉각 타워(2)로부터 폐열을 복구할 수 있다. 또한, 전기 집진기(6)의 가스 출구는 팬(7)에 의해 가스 홀더(8)와 플레어(9)에 각각 연결된다. 스크러빙-냉각 타워(5)는 충전(packed) 스크러빙-냉각 타워를 사용하고, 전기 집진기(6)는 습식 전기 집진기를 사용하며, 가스 홀더(8)는 습식 가스 홀더를 사용한다.

바람직하게, 수냉 연도 장치(1)는 고온 열분해 바이오매스 가스화기(10)와 수냉 냉각 타워(2)에 연결되어 있으므로, 연결 기능만 하고 연도 가스를 냉각시키지 못하는 보통의 가스 연도의 결점이 방지된다. 보통의 연도는 강판에 의해 감겨지거나 큰 직경의 강관에 의해 형성된 배럴(barrel) 구조이고, 200 내지 300mm의 두께를 가진 내화물 캐스타블(castable)이 배럴 구조의 내벽에 캐스팅된다. 그러한 구조를 가진 보통의 연도는 단열성이므로, 이어지는 냉각 장치들의 냉각 성능에 높은 조건들을 부과한다. 한편, 연도의 중량은 전술한 두께를 가진 내화물 캐스타블의 존재에 의해 무거워 지고, 내화물 캐스타블은 품질이 저하되기 쉬워서, 연도의 배럴 구조의 용락(burn-through)과 연도 가스의 누설, 심지어 화재 또는 폭발의 위험의 결과를 초래한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 수냉 연도 장치(1)는 수냉 연도와 제1 가열 파이프들(1.7)을 구비한다. 수냉 연도는 입구 수냉 연도(1.1), 상부 벤드 수냉 연도(1.2), 직선 수냉 연도(1.3), 하부 벤드 수냉 연도(1.4), 및 출구 수냉 연도(1.5)가 직렬로 형성되고 밀봉 연결된다. 제1 가열 파이프들(1.7)은 둘러싸도록 배치되고, 인접하는 제1 가열 파이프들(1.7)은 이음매 없이 제1 강판 스트립(1.8)을 통해 연결되어 환형 수냉 벽을 형성한다. 환형 수냉 벽의 구멍은 연도의 다른 영역들을 형성한다. 입구 수냉 연도(1.1)는 입구 환형 헤더와 입구 환형 수냉 벽을 구비한다. 입구 환형 수냉 벽은 상부 벤드 수냉 연도(1.2)에 연결된다. 입구 환형 헤더에는 냉각 매체의 입력을 위해 냉각 매체 입구 파이프가 마련된다. 여기서, 냉각 매체는 히트-파이프 폐열 보일러 밖으로 나오는 순환수이다. 입구 환형 헤더에는 제1 가열 파이프들(1.7)에 각각 연결된 다수의 어댑터들이 추가적으로 마련된다. 출구 수냉 연도(1.5)의 구조는 입구 수냉 연도(1.1)의 그것과 동일하다. 고온 저항성과 내마모성을 향상시키고 그 수명을 연장하기 위해, 수냉 연도의 내벽에는 60 내지 80mm 바람직하게, 70mm의 두께를 가진 제1 내화물 층(1.6)이 마련된다. 따라서, 히트-파이프 폐열 보일러(4)로부터 나오는 냉각수는 입구 수냉 연도(1.1)의 입구 환형 헤더로 들어가서, 수냉 연도의 다른 섹션들을 형성하는 제1 가열 파이프들(1.7)을 균일하게 통과하여, 출구 수냉 연도(1.5)의 출구 환형 헤더에 축적되어 최종적으로 냉각 타워로 들어간다. 유동 공정 동안 냉각수는 바이오매스 합성가스로부터 나오는 열에너지를 연속적으로 흡수하기 때문에, 냉각수의 온도가 증가되는 반면 바이오매스 합성가스의 온도가 감소됨으로써, 그들 사이의 열교환이 구현된다. 수냉 연도 장치(1)는 연도 가스의 이송뿐만 아니라 연도 가스의 냉각 기능을 가진다. 따라서, 연도의 내벽의 온도는 낮고, 타르는 응축이 쉽지 않아서, 타르 응축이 원인이 되는 타르 부착과 애쉬 클로그가 효과적으로 방지되어, 장치의 장기적 동작의 안정성을 보장한다. 그 외에, 연도는 큰 두께의 내화물 캐스타블을 필요로 하지 않기 때문에, 연도의 배럴 구조의 용락과 내화물 캐스타블의 균열과 붕괴가 원인이 되는 연도 가스의 누설이 방지되어 장치의 장기적 작동이 보장된다. 보통의 연도 역시 본 발명의 목적을 달성할 수 있지만 그 효과는 좋지 않음을 유의해야 한다.

바람직하게, 냉각 타워는 무거운 중량, 늦은 시동과 멈춤, 상대적으로 큰 두께의 내화물 캐스타블의 발산(shedding)과 같이, 보통의 냉각 타워에 존재하는 문제점들을 해결하기 위해 수냉 냉각 타워(2)를 사용한다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 수냉 냉각 타워(2)는 밀봉 수냉 실린더(2.1)를 구비한다. 밀봉 수냉 실린더는 멤브레인 구조이다. 즉, 수냉 실린더(2.1)는 다수의 제2 가열 파이프들(2.9)에 의해 둘러싸이고, 수냉 실린더(2.1)의 상단은 모든 제2 가열 파이프들(2.9)을 굽혀서 형성된 원뿔 모양이고, 인접한 제2 가열 파이프들(2.9)은 강판 스트립(2.10)을 사용하여 밀봉 연결된다. 모든 제2 가열 파이프들(2.9)의 하단은 입구 헤더(2.7)에 연결되고 모든 제2 가열 파이프들(2.9)은 출구 헤더(2.3)에 연결된다. 냉각수는 각각 입구 헤더(2.7), 제2 가열 파이프들(2.9), 및 출구 헤더(2.3)를 통과하면서 합성가스의 폐열을 흡수함으로써, 합성가스의 온도를 감소시킨다. 제1 입구 조인트(2.4)는 처리될 합성가스를 입력하기 위해 수냉 실린더(2.1)의 벽의 상부에 배치된다. 제1 출구 조인트(2.6)는 처리 후 합성가스를 출력하기 위해 수냉 실린더(2.1)의 벽의 하부에 배치된다. 제1 입구 조인트(2.4)와 제1 출구 조인트(2.6)는 강철 플랜지로 제조된다. 수냉 실린더(2.1)의 하부는 도립 원추형 모양이고, 도립 원추형의 바닥에는 슬래그 출구(2.8)가 마련된다. 또한, 수냉 실린더(2.1)에는 합성가스 폐열의 흡수를 강화하기 위한 공정 및 설계 조건에 따라 부가적인 가열 구조(2.5)가 마련된다. 여기서, 부가적인 가열 구조(2.5)는 수냉 실린더(2.1)의 벽의 상부에 배치된 다수의 U-모양 가열 파이프들이다. 다수의 물 분사 파이프들(2.2)은 수냉 실린더(2.1)의 꼭대기에 배치되고, 물 분사 파이프(2.2)의 수는 조건에 따라 결정된다. 수냉 실린더(2.1)의 도립 원추형 부분의 내벽에는 특정의 온도에서 도립 원추형 부분의 내부 표면을 유지하기 위해 50 내지 60mm의 두께를 가진 제2 내화물 층(2.12)이 마련됨으로써, 슬래그 출구를 통해 응축된 슬래그와 타르의 배출에 도움을 준다. 수냉 실린더(2.1)의 외면은 양호한 열 절연성과 작은 밀도를 가진 열 절연 목화로 제조된 제1 열 절연층(2.11)으로 덮여 있기 때문에, 수냉 냉각 타워의 외면의 온도는 40℃를 넘지 않도록 유지되는 한편 전체 장치의 중량이 증가되지 않는다. 수냉 냉각 장치의 작동 동안, 물 분사 파이프들(2.2)은 제2 가열 파이프들(2.9)과 함께 작동하거나 폐쇄되어, 냉각될 합성가스를 개별적으로 제2 가열 파이프들(2.9)에 남겨 둔다. 따라서, 물 분사에 의한 종래의 냉각 방법이 변화된다. 여기서, 수냉 냉각 타워는 구조가 간단하고, 무게가 가볍고, 설치 및 유지가 간편하며, 합성가스의 폐열의 일부분을 복구할 수 있다. 보통의 냉각 타워는 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수 있지만, 그 효과가 좋지 못함을 유의해야 한다.

보통의 냉각 타워 또는 전술한 수냉 냉각 타워(2)가 사용될 때, 물 분사 파이프들(2.2)이 채택된다. 물 분사 파이프(2.2)를 위한 스프레이-파이프 시스템(12)이 여기에 제공된다. 보통의 물 분사 원자화(atomization) 방법은 공압 원자화와 기계적 원자화를 포함한다. 공압 원자화가 채택될 때, 유동의 안정된 제어와 물 분사의 효과가 용이하게 얻어진다. 그러나, 원자화를 위해 압축 가스가 물 분사 환경에 들어갈 필요가 있을 때, 원자화의 사용은 어느 정도 제한된다. 기계적 원자화가 사용될 때, 물 파이프 내부의 물 압력은 특정 진폭 범위에서 가끔씩 요동치기 때문에 상대적으로 안정된 물 압력의 유지가 어렵고, 물 압력의 조절이 필요할 때 물 압력을 정확하게 조절하기 어려우며, 물 압력을 설정값으로 조절하는 것은 긴 시간과 큰 에너지 소비를 필요로 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 물 분사 파이프(2.2)를 위한 스프레이-파이프 시스템은 서지 탱크(12.1), 조절 제어기(12.5), 물 입구 밸브(12.2), 가스 입구 밸브(12.3), 물 출구 밸브(12.6), 및 원자화 노즐(12.10)을 구비한다. 서지 탱크(12.1)는 강철로 제조된 밀봉 탱크이다. 서지 탱크(12.1)의 상부는 압축 가스와 함께 저장되고, 서지 탱크(12.1)의 하부는 물과 함께 저장된다. 서지 탱크(12.1)에는 물 입구 밸브(12.2), 물 출구 밸브(12.6), 가스 입구 밸브(12.3), 및 가스 출구 밸브(12.4)에 각각 연결된 물 입구, 물 출구, 가스 입구, 및 가스 출구들이 마련된다. 물 입구 밸브(12.2)는 서지 탱크(12.1)의 하부에 배치되고 외부 수원에 연결되어 특정 압력의 물 파이프들에 의해 물을 공급받거나 플랜트 구역의 워터 펌프에 의해 간접적으로 물을 공급받는다. 수냉 연도로부터 나오는 물은 서지 탱크(12.1)로 들어간다. 물 출구 밸브(12.2)는 서지 탱크(12.1)의 바닥에 배치되어 다수의 물 분사 브랜치 파이프들에 연결된다. 물 분사 브랜치 파이프 각각은 트로틀 오리피스(12.7), 셧오프 밸브(12.8), 압력 게이지(12.9), 및 원자화 노즐(12.10)에 각각 연결된다. 가스 입구 밸브(12.3)는 서지 탱크(12.1)의 상부에 배치되고 플랜트 구역의 압축 가스원에 연결된다. 가스 출구 밸브(12.4)는 서지 탱크(12.1)의 꼭대기에 배치되고 외부 환경과 연통할 수 있다. 조절 제어기(12.5)는 제어 모듈로서, 서지 탱크(12.1)의 내부 압력과 작동 프로그램에 따라 가스 입구 밸브(12.3)와 가스 출구 밸브(12.4)의 시작과 종료를 제어할 수 있으므로, 서지 탱크(12.1)의 내부 압력을 조절하여 파이프 시스템에 있는 물 분사의 압력을 조절 및 제어한다. 스프레이-파이프 시스템(12)의 작동 동안, 외부 수원은 물 입구 밸브(12.2)를 통해 서지 탱크(12.1)로 들어가고, 서지 탱크(12.1)의 물은 물 출구 밸브(12.6)를 통과하여 각각의 물 분사 브랜치 파이프에 분배되고, 여기서 물은 트로틀 오리피스(12.7)와 셧오프 밸브(12.8)를 통과하여 유동하여, 원자화를 위한 원자화 노즐(12.10)에서 원자화된 물은 최종적으로 물 분사가 필요한 환경으로 분사되고, 물 분사가 필요한 환경은 냉각 타워이다. 트로틀 오리피스(12.7)는 각각의 물 분사 브랜치 파이프의 압력을 균형화시키고 각각의 물 분사 브랜치 파이프의 물 분사 효과를 보장하는데 사용된다. 셧오프 밸브(12.8)는 물 분사 브랜치 파이프의 작동 여부를 결정한다. 압력 게이지(12.9)는 정확한 원자화 압력을 표시하는데 사용된다. 스프레이-파이프 시스템(12) 내부의 압력은 서지 탱크(12.1)의 압축 가스에 의해 제어되고 시스템에 의해 정확하고 신속하게 조절될 수 있다. 압축 가스원은 선택의 범위가 넓다. 기계적 원자화가 활용되고, 압축 가스는 물 분사 환경으로 들어가는 것이 방지되고, 적용 범위가 넓다. 전체 공정은 조절 제어기(12.5)에 의해 제어됨으로써, 자동 동작을 구현한다. 보통의 공압 원자화 또는 화학적 원자화의 파이프 시스템 역시 본 발명의 과제를 해결할 수 있지만, 그 효과가 좋지 못함을 이해해야 한다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 워터-파이프 폐열 보일러(3)는 제1 드럼(3.7), 및 제1 드럼(3.7) 하부에 배치된 보일러 본체를 구비한다. 보일러 본체는 수평 구조이다. 제2 입구 조인트(3.12)와 제2 출구 조인트(3.13)는 보일러 본체의 2개의 수평 끝단들에 각각 배치된다. 고온 합성가스는 보일러에서 수평으로 유동한다. 보일러 본체는 보일러 벽과 길이 방향으로 배치된 다수의 제3 가열 파이프들(3.2)을 구비한다. 보일러 본체의 2개의 측벽들은 열 흡수와 밀봉 기능을 하는 멤브레인 벽 튜브 패널(3.2)이다. 고온 합성가스는 제3 가열 파이프들(3.1) 사이로 유동하는 반면 제3 가열 파이프들과 멤브레인 벽 튜브 패널(3.2)의 내부의 냉각수는 합성가스의 폐열을 흡수하여 합성가스의 온도를 감소시킨다. 모든 제3 가열 파이프들(3.1)의 꼭대기 끝단과 바닥 끝단은 상부 컨넥터 파이프(3.3)와 하부 컨넥터 파이프(3.5)에 각각 용접에 의해 연결된다. 상부 컨넥터 파이프(3.3)와 하부 컨넥터 파이프(3.5)는 상부 헤더(3.4)와 하부 헤더(3.6)에 각각 연결된다. 각각의 멤브레인 벽 튜브 패널(3.2)의 상단과 하단 역시 상부 헤더(3.4)와 하부 헤더(3.6)에 각각 연결된다. 상부 헤더(3.4)는 스팀 출구 파이프(3.8)를 통해 제1 드럼(3.7)에 연결되고 스팀 출구 파이프(3.8)의 인터페이스는 제1 드럼(3.7)의 액체 표면의 상부에 배치되기 때문에, 합성가스로부터 나오는 폐열을 흡수한 후 냉각수로부터 변환되는 스팀이 복구되고 다른 공정에 적용하기 위한 제1 드럼(3.7)의 상부로부터 출력된다. 하부 헤더(3.6)는 다운 코머(3.9)를 통해 제1 드럼(3.7)의 바닥에 연결된다. 제1 드럼(3.7)의 냉각수는 다운 코머(3.9), 하부 헤더(3.6), 및 하부 컨넥터 파이프(3.5)를 통과하여 제3 가열 파이프들(3.1)과 멤브레인 벽 튜브 패널(3.2)로 들어간다. 따라서, 스팀과 냉각수 사이에 밀도 차이가 존재하기 때문에, 제1 드럼(3.1)과 제3 가열 파이프(3.1)와 멤브레인 벽 튜브 패널(3.2) 사이에 자연적인 순환이 형성된다. 바이오매스 합성가스가 제3 가열 파이프들(3.1) 사이로 유동할 때, 그 열에너지가 연속적으로 냉각수에 의해 흡수되기 때문에, 바이오매스 합성가스의 온도는 연속적으로 감소된다. 액체 상태의 합성가스의 타르는 연속적으로 응축되어 제3 가열 파이프들(3.1)과 멤브레인 벽 튜브 패널(3.2)의 표면들에 부착된다. 제3 가열 파이프들(3.1)과 멤브레인 벽 튜브 패널(3.2)은 길이 방향으로 배치되고, 타르는 제3 가열 파이프들(3.1)과 멤브레인 벽 튜브 패널(3.2)을 따라 중력의 작용으로 보일러 본체의 바닥 표면에 배치된 애쉬 호퍼(3.10) 속으로 떨어지기 때문에 애쉬 출구로부터 배출된다. 제2 입구 조인트(3.12)와 제2 출구 조인트(3.13)는 내화물 캐스타블로 제조된 내화물 층으로 덮여지거나 물 냉각 코일 파이프로 덮여진 원뿔 구조 내벽을 사용한다. 또한, 제2 열 절연층들(3.11)은 멤브레인 벽 튜브 패널들(3.2)과 보일러 본체의 꼭대기 벽의 외면을 덮는다. 제2 가열 절연층(3.11)은 바람직하게 양호한 열 절연성과 작은 밀도를 가진 열 절연 목화로 제조되기 때문에 장치의 중량이 종래의 폐열 보일러의 그것보다 엄청나게 가볍게 된다. 워터-파이프 폐열 보일러(3)는 합성가스의 온도가 상대적으로 높고 열전달 효율이 높은 공정 섹션에 배치된다. 복구되는 고압 스팀은 다른 공정 섹션에서 사용될 수 있고, 워터-파이프 폐열 보일러(3)의 자중은 가볍다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 히트-파이프 폐열 보일러(4)는 수평 구조이고, 그 안에서 합성가스는 수평으로 유동한다. 히트-파이프 폐열 보일러(4)는 제4 가열 파이프(4.1)(히트 파이프들)을 구비한다. 다수의 제4 가열 파이프들(4.1)은 길이 방향으로 차례대로 배치된다. 고온 합성가스는 스무스 파이프 구조인 제4 가열 파이프들(4.1)의 하부들 사이에서 수평으로 유동한다. 제4 가열 파이프들(4.1)의 상부는 제2 드럼(4.2) 속으로 삽입된다. 밀봉 파이프 슬리브(4.3)는 상대적으로 큰 온도 차이로부터 생겨나는 금속 열 스트레스를 방지하기 위해 제4 가열 파이프들(4.1)과 제2 드럼(4.2)이 연결된 위치에 배치된다. 제2 드럼(4.2)에는 냉각수 입구와 온수(또는 스팀) 출구가 마련된다. 제4 가열 파이프들(4.1)에 의해 형성되는 파이프 다발의 2개의 측면에는 열-절연 벽들(4.7)이 마련된다. 각각의 열-절연 벽(4.7)과 합성가스 사이의 접촉 표면에는 열-절연 벽돌이 마련된다. 열-절연 벽돌(4.7)의 외측에는 강판이 용접되어 전체적 견고성을 확보한다. 열 절연 목화는 설계 조건에 따라 열-절연 벽돌들과 강철 사이에 배치된다. 히트-파이프 폐열 보일러(4)의 제3 입구 조인트(4.5)와 제3 출구 조인트(4.6)는 강판을 감아서 형성된 원뿔 구조의 정사각 또는 라운드 조인트이다. 제3 입구 조인트(4.5)의 내벽은 열 절연 또는 내화물 캐스타블로 캐스팅된다. 제3 입구 조인트(4.5)와 제3 출구 조인트(4.6) 모두 용접에 의해 열-절연 벽(4.7) 외측에 배치된 밀봉 강판으로 밀봉 연결된다. 제4 가열 파이프들(4.1)의 하부에는 강판에 의해 감겨진 정사각 및 라운트 조인트 타입의 애쉬 호퍼(4.4)가 마련된다. 애쉬 호퍼(4.4) 역시 용접에 의해 열-절연 벽(4.7) 외측에 배치된 밀봉 강판으로 밀봉 연결된다. 히트-파이프 폐열 보일러(4)가 작동할 때, 제4 가열 파이프들(4.1)의 하부는 열 흡수부이고, 제4 가열 파이프들(4.1)의 상부는 열 방출부이다. 제4 가열 파이프들(4.1)의 하부는 합성가스로부터 열에너지를 흡수하여 합성가스의 온도를 감소시킨다. 제2 드럼(4.2)의 냉각수는 제4 가열 파이프들(4.1)의 상부로부터 방출되는 열에너지를 흡수하고 제2 드럼(4.2) 밖으로 나와서 다른 공정 또는 일상 용도로 공급되는 온수 또는 스팀으로 변환된다. 열 활용도를 향상시키기 위해, 복구된 온수는 수냉 연도 장치(4.2)와 수냉 냉각 타워(2)로 공급되어 재활용된다. 히트-파이프 폐열 보일러(4)에서 유동하는 합성가스의 온도가 감소됨에 따라 타르는 연속적으로 응축된다. 제4 가열 파이프들(4.1)의 하부는 제2 드럼(4.2) 내부의 냉각수와 직접 접촉하지 않는다. 따라서, 제4 가열 파이프들(4.1)의 하부의 표면들은 상대적으로 높은 온도로 유지되고, 그 표면에 부착된 타르의 온도는 상응하게 증가되어 타르의 유동 소도를 감소시킨다. 한편, 제4 가열 파이프들(4.1)의 하부는 타르의 유동 저항을 증가시킬 수 있는 그 어떤 부속 장치들이 없는 수직 하방의 스무스한 구조이므로, 제4 가열 파이프들(4.1)의 표면에 부착 특히, 달라붙는 타르는 중력의 영향으로 떨어져서 최종적으로 배출된다. 히트-파이프 폐열 보일러(4)의 열 전달 효율을 향상시키기 위해, 제4 가열 파이프들(4.1)의 표면을 세정할 필요가 있다. 제4 가열 파이프들(4.1)의 표면을 상대적으로 고온으로 유지함으로써 금속에 합성가스의 부식을 감소시키는 것이 유용하다.

전술한 워터-파이프 폐열 보일러(3)와 히트-파이프 폐열 보일러(4) 외에 보통의 폐열 보일러 역시 전체 시스템의 기능을 구현할 수 있으나, 열전달 효율과 폐열 복구율이 상대적으로 불량하다.

전술한 냉각 및 세정 시스템을 사용하여 바이오매스 합성가스를 냉각 및 세정하는 방법은 다음과 같다.

1) 1000 내지 1100℃의 온도, 20g/Nm³의 분진 함량, 및 3g/Nm³의 타르 함량을 가진 바이오매스 가스화기(10)에서 생성된 바이오매스 합성가스를 수냉 연도 장치(1)를 통해 수냉 냉각 타워(2)로 도입시키고, 여기서, 합성가스는 예비적으로 냉각되고, 물은 수냉 냉각 타워에 도포되어 합성가스의 온도를 780 내지 820℃로 감소시키고 합성가스의 슬래그를 응축시킨다. 슬래그는 수냉 냉각 타워의 바닥으로부터 배출된다. 따라서, 폐열 보일러들의 가열 표면들은 이어지는 공정에서 슬래그 오염이 방지되고, 폐열 보일러들의 열교환 성능의 안정성이 확보된다.

2) 수냉 냉각 타워(2)에서 슬래그의 응축 후 합성가스는 폐열 보일러로 전송된다. 폐열 보일러는 고온부와 저온부를 포함한다. 고온부는 워터-파이프 폐열 보일러(3)를 사용한다. 폐열 보일러의 고온부의 출구에서 합성가스의 온도는 400 내지 450℃로서, 무거운 타르의 응축점 보다 더 높기 때문에 타르의 응축이 방지된다. 워터-파이프 폐열 보일러의 설계 압력은 1.6 메가파스칼 이상이므로, 스팀의 온도 품질을 향상시키고 상응하는 화학적 스팀의 조건을 만족한다. 저온부는 히트-파이프 폐열 보일러(4)를 사용하여 열교환 효율을 향상시킨다. 폐열 보일러의 고온부의 출구에서 합성가스의 온도는 200℃ 미만으로 제어되어 저온부에서 무거운 타르를 응축시켜서 슈트에 의해 무거운 타르를 수거한다. 히트-파이프 폐열 보일러의 설계 압력은 1.5 내지 1.6 메카파스칼이고, 거기에서 생성된 저압 스팀은 집진을 위해 전기 집진기로 공급된다. 수냉 연도 장치(1)와 수냉 냉각 타워(2)에 의해 복구된 폐열은 스팀과 물의 분리를 수행하기 위해 히트-파이프 폐열 보일러(4)로 전송되고, 물은 사용을 위해 순환된다.

3) 석탄 가스와 비교하여, 바이오매스 합성가스는 상대적으로 낮은 분진 함량과 타르 함량을 가진다. 예비적 분진 제거는 사이클론 집진기 또는 벤츄리 집진기를 필요로 하지 않으므로, 히트-파이프 폐열 보일러(4)로부터 나오는 합성가스는 직접 충전 스크러빙-냉각 타워로 도입될 수 있다. 분진 제거와 온도 강하의 목적이 구현될 수 있을 뿐만 아니라, H₂S, NH₃, 및 HCN을 포함하는 유해 가스가 세정에 의해 제거된다. 또한, 시스템 저항이 향상되고, 팬(7)의 전기 소모가 절감된다. 세정 후 합성가스의 온도는 40 내지 45℃로 감소된다.

4) 최종적으로 합성가스는 습식 집진기로 전송되어 분진과 타르를 추가적으로 제거하여, 분진 함량과 타르 함량은 모두 10mg/Nm³ 미만이고, 온도는 45℃ 미만이므로, 이어지는 공정의 가스 조건을 완전히 만족시킨다. 현열 복구율은 80%를 넘는다.

그러면, 적격의 합성가스는 팬(7)에 의해 습식 가스 홀더로 저장을 위해 펌핑되거나 사용을 위해 하류의 공정으로 공급된다. 플레어(9)는 습식 가스 홀더와 병렬로 연결되며 합성가스가 시동하고 합성가스의 성분이 과다할 때 폐 가스를 연소하기 위한 중요한 장치이다.

본 발명의 바람직한 예시적 실시예들의 핵심은 합성가스를 냉각시키고 폐열과 무거운 타르를 복구하기 위해 냉각 타워와 폐열 보일러를 사용하고, 분진과 타르를 점차적으로 제거하기 위해 스크러빙-냉각 타워와 전기 집진기를 사용함으로써, 바이오매스 합성가스의 냉각과 세정이 낮은 에너지 소비와 고효율로 얻어진다는 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 전술한 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특정의 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명을 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 본 발명의 변화와 개조가 가능하기 때문에, 본 발명의 청구범위의 목적은 본 발명의 진정한 정신과 범위에 속하게 되는 모든 그러한 변화와 개조를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 수냉 연도 장치(1), 수냉 냉각 타워(2), 워터-파이프 폐열 보일러(3), 및 히트-파이프 폐열 보일러(4)는 위에서 설명된 특정의 구조에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 해결책 역시 보통의 연도, 보통의 냉각 타워, 및 보통의 폐열 보일러를 사용하여 얻어질 수 있다. 시스템의 장치들의 구조는 전술한 실시예들에서 설명된 특정의 구조에 의해 제한되는 것은 아니고, 균등한 변화와 개조가 가능하다. 히트-파이프 폐열 보일러(4), 수냉 연도 장치(1), 수냉 냉각 타워(2)는 전술한 실시예들의 물순환 형태에 한정되는 것은 아니며, 수냉 연도 장치(1)와 수냉 냉각 타워(2)를 위한 개별적 물 공급을 사용하는 것이 가능하다. 다른 단계들에서 온도와 압력을 포함하는 파라미터들은 처리될 합성가스의 온도, 분진 함량, 타르 함량에 따라 합리적으로 조절될 수 있다.

1...수냉 연도 장치 1.1...수냉 입구 연도
1.2...상부 벤트 수냉 연도 1.3...직선 수냉 연도
1.4...하부 벤트 수냉 연도 1.5...출구 수냉 연도
1.6...제1 내화물 층 1.7...제1 가열 파이프
1.8...제1 강판 스트립 2...수냉 냉각 타워
2.1...수냉 실린더 2.2...물 분사 파이프
2.3...출구 헤더 2.4...제1 입구 조인트
2.5...추가적 가열 구조 2.6...제1 출구 조인트
2.7...입구 헤더 2.8...슬래그 출구
2.9...제2 가열 파이프 2.10...제2 강판 스트립
2.11...제1 열 절연 층 2.12...제2 내화물 층
3...워터-파이프 폐열 보일러 3.1...제3 가열 파이프
3.2...멤브레인 벽 튜브 패널 3.3...상부 컨넥터 파이프
3.4...상부 헤더 3.5...하부 컨넥터 파이프
3.6...하부 헤더 3.7...제1 드럼
3.8...스팀 출구 파이프 3.9...다운 코머
3.10...애쉬 호퍼 3.11...제2 열 절연층
3.12...제2 입구 조인트 3.13...제2 출구 조인트
4...히트-파이프 폐열 보일러 4.1...제4 가열 파이프
4.2...제2 드럼 4.3...밀봉 파이프 슬리브
4.4...애쉬 호퍼 4.5...제3 입구 조인트
4.6...제3 출구 조인트 4.7...열-절연 벽
5...스크러빙-냉각 타워 6...전기 집진기
7...팬 8...가스 홀더
9...플레어 10...가스화기
12.1...서지 탱크 12.1...물 입구 밸브
12.3...가스 입구 밸브 12.4...가스 출구 밸브
12.5...조절 제어기 12.6...물 출구 밸브
12.7...트로틀 오리피스 12.8...셧오프 밸브
12.9...압력 게이지 12.10...원자화 노즐

Claims (24)

1000 내지 1100℃의 온도, 20g/Nm³ 미만의 분진 함량, 3g/Nm³ 미만의 타르 함량을 가진 바이오매스 합성가스를 냉각 및 세정하기 위한 방법에 있어서,
1) 합성가스를 냉각 타워에 도입시켜 슬래그를 응축시키는 단계;
2) 슬래그의 응축 후 합성가스를 폐열 보일러에 도입시켜 폐열을 복구하고 합성가스에 있는 무거운 타르를 응축시키는 단계;
3) 폐열 보일러로부터 나오는 합성가스를 스크러빙-냉각 타워에 도입시켜 분진을 제거하고 합성가스의 온도를 감소시키는 단계; 및
4) 스크러빙-냉각 타워로부터 분진이 제거되고 온도가 감소된 후 합성가스를 전기 집진기에 도입시켜 먼지와 타르를 추가적으로 제거하는 단계를 포함하고,
단계 1)에서, 합성가스는 냉각 타워로 들어가기 전에 수냉 연도 장치에 의해 예비적으로 냉각되며,
단계 2)에서, 폐열은 고온부와 저온부에서 복구되고;
고온부는 출구에서 합성가스의 온도가 400 내지 450℃로 제어되는 워터-파이프 폐열 보일러이고;
저온부는 출구에서 합성가스의 온도가 200℃ 미만으로 제어되는 히트-파이프 폐열 보일러이며,
단계 1)에서, 냉각 타워는 수냉 냉각 타워이고;
합성가스는 수냉 연도 장치에 의해 예비적으로 냉각되어 수냉 냉각 타워로 전송되고;
수냉 연도 장치와 수냉 냉각 타워에 의해 복구되는 폐열은 히트-파이프 폐열 보일러로 전송되어 스팀과 물의 분리를 수행하고, 물은 사용을 위해 순환되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 냉각 및 세정 방법.

청구항 1에 있어서,
단계 1)에서, 냉각 타워에 의해 냉각된 후의 합성가스는 780 내지 820℃의 온도를 가진 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 냉각 및 세정 방법.

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청구항 1에 있어서,
고온부의 폐열 스팀의 압력은 1.6 메가파스칼 보다 큰 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 냉각 및 세정 방법.

청구항 1에 있어서,
저온부의 폐열 스팀의 압력은 0.5 내지 1.6 메가파스칼인 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 냉각 및 세정 방법.

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청구항 1에 있어서,
단계 3)에서, 스크러빙-냉각 타워의 합성가스의 온도는 40 내지 45℃로 감소되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 합성가스 냉각 및 세정 방법.

바이오매스 합성가스를 냉각 및 세정하기 위한 시스템에 있어서,
고온 열분해 바이오매스 가스화기(10)에 연결된 냉각 타워를 구비하고;
냉각 타워는 합성가스 파이프라인을 경유하여 폐열 보일러, 스크러빙-냉각 타워, 및 전기 집진기에 연결되며,
고온 열분해 바이오매스 가스화기(10)는 수냉 연도 장치를 경유하여 냉각 타워에 연결되고,
냉각 타워는 수냉 냉각 타워(2)이며,
폐열 보일러는 직렬로 연결된 워터-파이프 폐열 보일러(3)와 히트-파이프 폐열 보일러(4)를 구비하고,
고온 열분해 바이오매스 가스화기(10)는 수냉 연도 장치(1)를 경유하여 수냉 냉각 타워(2)에 연결되고;
히트-파이프 폐열 보일러(4)의 물 파이프라인은 수냉 연도 장치(1)의 물 파이프라인 및 수냉 냉각 타워(2)의 물 파이프라인에 직렬로 연결되어 물 순환 시스템을 형성하며,
전기 집진기(6)는 습식 전기 집진기인 것을 특징으로 하는 시스템.

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청구항 9에 있어서,
수냉 연도 장치(1)는 수냉 연도와 제1 가열 파이프들(1.7)을 구비하고;
수냉 연도는 입구 수냉 연도(1.1), 상부 벤드 수냉 연도(1.2), 직선 수냉 연도(1.3), 하부 벤드 수냉 연도(1.4), 및 출구 수냉 연도(1.5)가 직렬로 배치되어, 밀봉 연결되며;
제1 가열 파이프들(1.7)은 주변을 둘러싸도록 배치되고, 인접한 제1 가열 파이프들(1.7)은 제1 강판 스트립(1.8)을 통해 이음매가 없이 연결되어 환형의 수냉 벽을 형성하고;
환형의 수냉 벽의 구멍은 여러 가지 영역들의 연도들을 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템.

청구항 11에 있어서,
입구 수냉 연도(1.1)는 입구 환형 헤더와 입구 환형 수냉 벽을 구비하고;
입구 환형 수냉 벽은 상부 벤드 수냉 연도(1.2)에 연결되고;
입구 환형 헤더에는 냉각 매체를 입력시키기 위한 냉각 매체 입구 파이프, 및 제1 가열 파이프들(1.7)에 연결된 다수의 어댑터들이 각각 마련되고;
출구 수냉 연도(1.5)의 구조는 입구 수냉 연도*1.1)의 구조와 동일한 것을 특징으로 하는 시스템.

청구항 11에 있어서,
수냉 연도의 내벽에는 60 내지 80mm의 두께를 가진 제1 내화물 층(1.6)이 마련된 것을 특징으로 하는 시스템.

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청구항 9에 있어서,
수냉 냉각 타워(2)는 밀봉 수냉 실린더(2.1)를 구비하고;
수냉 실린더(2.1)는 다수의 제2 가열 파이프들(2.9)에 의해 둘러싸이고, 인접한 제2 가열 파이프들(2.9)은 밀봉 연결되며;
모든 제2 가열 파이프들(2.9)의 하단은 냉각수를 입력하기 위해 입구 헤더(2.7)에 연결되고, 모든 제2 가열 파이프들(2.9)의 상단은 냉각수를 출력하기 위해 출구 헤더(2.3)에 연결되며;
제1 입구 조인트(2.4)는 처리될 합성가스를 입력하기 위해 수냉 실린더(2.1)의 벽의 상부에 배치되고;
제1 출구 조인트(2.6)는 처리 후 합성가스를 출력하기 위해 수냉 실린더(2.1)의 벽의 하단에 배치되며;
수냉 실린더(2.1)의 하부는 도립 원추형 모양이고, 도립 원추형의 바닥에는 슬래그 출구(2.8)가 마련되는 것을 특징으로 하는 시스템.

청구항 15에 있어서,
다수의 물 분사 파이프들(2.2)은 수냉 실린더(2.1)의 꼭대기에 배치된 것을 특징으로 하는 시스템.

청구항 16에 있어서,
물 분사 파이프들(2.2)의 스프레이-파이프 시스템(12)은 서지 탱크(12.1)와 원자화 노즐(12.10)을 구비하고;
물 분사 파이프들은 서지 탱크(12.1)와 원자화 노즐(12.10) 사이에 배치되고;
서지 탱크(12.1)의 물 출구는 물 출구 밸브(12.6)를 통해 물 분사 파이프에 연결되고, 서지 탱크(12.1)의 물 입구는 물 입구 밸브(12.2)에 연결되며;
서지 탱크(12.1)에는 가스 입구와 가스 출구가 더 마련되고; 가스 입구는 가스 입구 밸브(12.3)에 연결되고; 가스 출구는 가스 출구 밸브(12.4)에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.

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청구항 9에 있어서,
워터-파이프 폐열 보일러(3)는 제1 드럼(3.7) 및 제1 드럼(3.7)의 하부에 배치되고 수평 구조를 가진 보일러 본체를 구비하고, 제2 입구 조인트(3.12)와 제2 출구 조인트(3.13)는 보일러 본체의 2개의 수평 끝단들에 배치되며;
보일러 본체는 보일러의 벽과 길이방향으로 배치된 다수의 제3 가열 파이프들(3.1)을 구비하고, 모든 제3 가열 파이프들(3.1)의 꼭대기 끝단은 상부 컨넥터 파이프(3.3)를 통해 상부 헤더(3.4)에 연결되고, 모든 제3 가열 파이프들(3.1)의 바닥 끝단은 하부 컨넥터 파이프(3.5)를 통해 하부 헤더(3.6)에 연결되며;
상부 헤더(3.4)는 스팀을 복구하기 위해 스팀 출구 파이프(3.8)를 통해 제1 드럼(3.7)에 연결되고, 하부 헤더(3.6)는 냉각수를 공급하기 위해 다운 코머(down comer)(3.9)를 통해 제1 드럼(3.7)의 바닥에 연결되며;
보일러 본체의 2개의 측벽들은 멤브레인 벽 튜브 패널들(3.2)이고, 각각의 멤브레인 벽 튜브 패널들(3.2)의 상단과 하단은 상부 헤더(3.4)와 하부 헤더(3.6)에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.

청구항 9에 있어서,
히트-파이프 폐열 보일러(4)는 제4 가열 파이프들(4.1), 제2 드럼(4.2), 및 열-절연 벽(4.7)을 구비하고;
제4 가열 파이프들(4.1)은 가열 파이프들이고, 가열 파이프들(4.1)의 각각의 열 방출부는 제2 드럼(4.2)에 삽입되고, 가열 파이프들(4.1)의 각각의 열 흡수부는 열-절연 벽(4.7)에 배치되며;
열-절연 벽(4.7)은 용접에 의해 제3 입구 조인트(4.5)와 제3 출구 조인트(4.6)에 연결되고, 열-절연 벽(4.7)의 하단은 용접에 의해 애쉬 호퍼(4.4)에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.

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청구항 9, 청구항 11 내지 청구항 13 및 청구항 15 내지 청구항 17 및 청구항 19 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
스크러빙-냉각 타워(5)는 충전(packed) 스크러빙-냉각 타워인 것을 특징으로 하는 시스템.

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청구항 9, 청구항 11 내지 청구항 13 및 청구항 15 내지 청구항 17 및 청구항 19 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
전기 집진기(6)의 가스 출구는 팬에 의해 가스 홀더(8)와 플레어(flare)(9)에 연결된 것을 특징으로 하는 시스템.

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