KR101621112B1 - 통합 가스화기와 합성가스 냉각기용 방법 및 시스템 - Google Patents

통합 가스화기와 합성가스 냉각기용 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

통합 가스화기(106) 및 합성가스 냉각기(110)를 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 이 시스템은 반응 챔버(116)를 구비하는 가스화기, 상기 가스화기와 일체로 형성되고 적어도 하나의 열교환기 요소(126)를 구비하는 합성가스 냉각기(110), 및 상기 반응 챔버 및 합성가스 냉각기와 일체로 형성되고 그 사이에서 연장되는 전이 부분(112)을 포함하며, 상기 전이 부분은 반응 챔버와 합성가스 냉각기 사이에서 연장되는 스로트(114)를 추가로 포함하고, 상기 전이 부분은 스로트를 둘러싸는 열교환기(126)를 추가로 포함한다.

Description

통합 가스화기와 합성가스 냉각기용 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR AN INTEGRATED GASIFIER AND SYNGAS COOLER}
본 발명은 부분 산화 가스화기(gasifier) 및 가스 냉각기에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 통합 가스화기 및 가스 냉각기 조합의 내부 구성요소의 마모 감소에 관한 것이다.
적어도 일부의 공지된 가스화 용기는 마모 정도가 증가하기 쉬운 영역을 갖는데, 이러한 마모 정도의 증가는 이들 영역을 통과하는 미처리 배출(raw effluent) 가스의 유동 특징 및 이들 영역이 노출되는 온도, 압력 및 화학물질의 악조건으로 인한 것이다. 가스화기 바닥 전이부(bottom transition), 가스화기 스로트(throat), 및 합성가스 냉각기 스로트가 내화 라이닝을 위한 고 마모 구역의 비제한적인 예이며, 그 이유는 좁은 유동 경로에 의해 라이닝 벽을 따르는 용융 슬래그의 질량 유속이 증가하기 때문이다. 내화물에 영향을 미치는 악조건의 효과를 완화시키려는 일부 시도가 있었지만, 이러한 시도는 다른 문제를 야기하는 경향이 있다. 예를 들어, 영향받는 영역을 능동적으로 냉각시키기 위한 하나의 공지된 시도는 결과적으로, 능동적으로 냉각되는 섹션과 수동적으로 냉각되는 섹션 사이에서 스로트 라이닝에 수직 팽창 갭을 초래하였다. 갭은 수직 튜브 케이지 뒤의 환형 공간 내에 합성가스의 잠재 누설 경로를 제공한다. 다른 시도는 가스가 정체 환형 구역 내로 이탈하는 것을 방지하기 위해 스로트 내화물 뒤에 플랜지형 바닥을 갖는 수직 스틸 원통형 가스 배리어를 사용하였다. 그러나, 스틸 실린더는 냉각되지 않으며, 따라서 금속의 과열 또는 내화물 수명 단축을 초래한다. 또한, 공지된 가스화 용기에서, 스로트내 유동 경로의 내경은 가스화기와 합성가스 냉각기 양자의 플랜지의 내경에 의해 억제된다. 유동 경로 직경은 스틸 용기를 상당히 변경시키지 않고서는 변경될 수 없다.
본 발명의 목적은, 내부 구성요소의 마모를 감소시키기 위해 가스화기와 합성가스 냉각기를 일체로 형성하여 만들어진 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기와, 그 시스템 및 그 조립 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에서, 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기는 반응 챔버를 구비하는 가스화기, 상기 가스화기와 일체로 형성되고 적어도 하나의 열교환기 요소를 구비하는 합성가스 냉각기, 및 상기 반응 챔버 및 상기 합성가스 냉각기와 일체로 형성되고 그 사이에서 연장되는 전이 부분을 포함하며, 상기 전이 부분은 상기 반응 챔버와 상기 합성가스 냉각기 사이에서 연장되는 스로트를 추가로 포함하고, 상기 전이 부분은 상기 스로트를 둘러싸는 열교환기를 추가로 포함한다.
다른 실시예에서, 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 시스템은, 가스화기 반응 챔버를 둘러싸는 제 1 압력 용기 부분을 포함하며, 상기 제 1 부분은 용기 헤드로부터 하단부로 연장된다. 상기 시스템은 상기 가스화기 반응 챔버로부터의 고온의 미처리 배출 가스 스트림을 냉각시키도록 구성된 가스 냉각기를 둘러싸는 제 2 압력 용기 부분을 추가로 포함한다. 상기 제 2 부분은 상단부로부터 고체 제거 단부를 향해 수직 하향 연장된다. 상기 시스템은 상기 하단부와 상단부 사이에서 연장되는 전이 부분을 추가로 포함하며, 상기 제 1 부분, 제 2 부분 및 전이 부분의 각각은 각 부분의 중심 종축을 따라서 실질적인 수직 동축 정렬 상태에 있다. 상기 시스템은, 각각의 부분과 동축적으로 정렬되고 상기 가스화기 반응 챔버로부터 가스 냉각기로의 고온의 미처리 배출 가스 스트림의 자유로운 통과를 위해 각각의 부분 사이에서 연장되는 스로트를 포함하며, 상기 스로트는 반경방향 내표면 주위에서 내화 재료로 라이닝된다. 상기 시스템은 스로트의 길이의 적어도 일부를 따라서 스로트를 둘러싸는 동심 동축 수직 튜브 케이지, 및 상기 제 1 부분과 상기 튜브 케이지 중 적어도 하나에 결합되는 복수의 환형 고정 링을 추가로 포함하며, 상기 고정 링은 반경방향 내측으로 연장되고, 스로트 내화 재료를 지지하도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기의 조립 방법은 가스화 용기와 일체로 형성되는 합성가스 냉각기 용기를 제공하는 단계로서, 상기 가스화 용기는 반응 챔버를 구비하고 상기 합성가스 냉각기 용기는 열교환기를 구비하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 내화 재료가 라이닝된 스로트를 사용하여 반응 챔버와 합성가스 냉각기 용기를 유동 연통 관계로 결합시키는 단계로서, 상기 내화 재료는 하나 이상의 환형 고정 링을 사용하여 스로트 내에 지지되는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 스로트를 둘러싸는 냉각 튜브 케이지를 작동 중에 내화 재료가 냉각 튜브 케이지를 사용하여 냉각되도록 배치하는 단계를 추가로 포함한다.
가스화기와 일체로 형성된 통합 냉각기를 갖는 가스화기의 제공은, 가스화 용기 상의 단조(forged) 플랜지 및 냉각기 용기 상의 단조 플랜지를 없애준다. 통합 가스화기/냉각기에서 이들 두 개의 큰 플랜지가 없어지면 개별 가스화기 및 냉각기 구조에 비해 가스화기/냉각기의 비용을 상당히 절감된다. 가스화기와 합성가스 냉각기 사이의 플랜지-대-플랜지 결합이 없어지면 두 용기의 조합된 축방향 길이가 상당히 감소될 수 있다. 감소된 길이는 조합된 용기의 열성장을 감소시키며, 따라서 최소 열성장과 더불어 상온에 있는 지지 구조물에 고정되는 연결 배관(분사기, 증기 드럼, 증기 배관, 계측기)과의 오정렬을 감소시킨다. 플랜지-대-플랜지 결합이 없어지면 추가로, 용기의 완전성이 향상되고, 구성요소(플랜지, 지지체 등)의 제거가 용이해지며, 조립 작업이 감소된다.
도 1 내지 도 5는 본 명세서에 기재된 방법 및 시스템의 예시적인 실시예의 도시도이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 수직 세장형 고온 스틸 압력 용기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기의 스로트 영역의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용기의 스로트 영역의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용기의 스로트 영역의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용기의 스로트 영역의 개략도이다.
본 발명의 실시예들은 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 조합에 대해 기술되지만, 당업자라면 본 발명의 실시예들이 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 조합에만 사용되는 것에 한정되지 않음을 알아야 한다. 오히려, 본 발명의 실시예들은 임의의 통합 용기와 함께 사용될 수도 있다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 실시예들을 예시적으로 및 비제한적으로 설명한다. 본 발명은 산업용, 상업용 및 주거용 용도에서의 그 수명이 확장되도록 용기의 냉각용 내부 구성요소에 대해 보편적인 적용을 갖는 것으로 생각된다.
본 명세서에서 사용될 때, 단수로 인용되고 관사와 함께 사용되는 요소 또는 단계는 그 배제가 명시되지 않는 한 복수의 요소 또는 단계를 배제하지 않는 것으로 간주되어야 한다. 또한, 본 발명의 "일 실시예"에 대한 참조는 그 참조된 특징도 포함하는 추가 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 수직 세장형 고온 스틸 압력 용기(100)의 개략도이다. 이 예시적인 실시예에서, 용기(100)는 단일의 통합 형성된 쉘(102)을 구비한다. 쉘(102)은 합성 가스, 환원 가스 또는 연료 가스의 생산을 위해 사용되는 부분 산화 가스화기의 가스화 반응 구역(106)을 둘러싸는 상부 쉘(104), 가스 냉각기 부분(110)을 둘러싸는 하부 쉘(108), 및 상기 반응 구역(106)과 가스 냉각기 부분(110) 사이에서 연장되는 스로트(114)를 둘러싸는 전이 부분(112)을 구비한다. 상부 쉘(104)은 용기(100)의 중심 종축(118)을 따르는 바닥 출구 통로(116), 및 하향 방출 가스화 버너(도시되지 않음)의 삽입을 위한 동축 유입구(122)를 갖는 상부 헤드(120)를 구비한다. 스로트(114)는 수렴형 입구를 구비한다. 상부 쉘(104)은, 가스화 반응 구역(106)을 둘러싸고 상부 쉘(104)과 반응 구역(106) 사이에서 반경방향으로 연장되는 내열 라이닝(124)을 구비한다. 스로트(114)는 내열 벽돌 라이닝(126)이 라이닝된 수직 원통형 환형 세장형 도관이다. 스로트(114)는 상부 쉘(104) 및 하부 쉘(108)과 대체로 동축적이며, 반응 구역(106)으로부터 하부 쉘(108) 내의 가스 냉각기 부분(110)으로 하향 유동하는 고온의 미처리 배출(raw effluent) 가스 스트림의 자유로운 통과를 위해 이들 쉘 사이에서 연장된다. 본 명세서에서, "축방향"은 축(118)과 대체로 평행한 방향이고, "상부" 및 "상향" 방향은 대체로 유입구(122)를 향하는 방향이며, "하부" 및 "하향" 방향은 대체로 유입구(122)로부터 멀어지는 방향이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기(200)의 스로트 영역의 개략도이다. 예시적인 실시예에서, 상부 쉘(104)은 반응 구역(106)의 외주 주위에 원주방향으로 적층되는 내화 벽돌의 제 1 층(202), 및 상기 제 1 층(202)으로부터 반경방향 외측에 적층되는 내화 벽돌의 제 2 층(204)을 구비한다. 제 1 층(202)은 상부 쉘(104)로부터 반경방향 내측으로 연장되는 제 1 환형 고정(anchoring) 링(208)에 의해 하단부(206)에서 지지된다. 제 2 환형 고정 링(210)은 제 2 층(204)에 대한 지지를 제공하며, 이는 또한 제 1 환형 고정 링(208)으로부터 축방향으로 이격된 위치에서 상부 쉘(104)로부터 반경방향 내측으로 연장된다. 제 1 층(202)과 제 2 층(204)은 제 1 층(202) 내의 인접한 벽돌 사이의 이음매(seam)가 제 2 층(204) 내의 인접한 벽돌 사이의 이음매와 정렬되지 않도록 적층된다. 이러한 오정렬은 반응 구역(106)과 상부 쉘(104) 사이에 미로형 경로를 제공하며, 이는 반응 구역(106)으로부터의 고온의 미처리 배출 가스가 반응 구역(106)으로부터 누설되어, 고온의 미처리 배출 가스의 부식 성분이 상부 쉘(104)을 공격할 수 있는 상부 쉘(104)에 인접한 공간(212)에 진입하는 것의 방지를 용이하게 한다.
전이 부분(112)은 스로트(114) 주위에 원주방향으로 연장되는 냉각 튜브(214)의 멤브레인 벽을 포함하는 튜브 케이지(cage)를 구비한다. 냉각 튜브(214)로부터 전이 부분(112)으로 반경방향 외측으로 연장되는 정체 환형 공간(216)은, 물을 공급하고 냉각기(110)로부터 물과 증기를 제거하는 상승관 및 하강관(둘 다 도시되지 않음)을 위한 영역을 제공한다. 스로트(114)는 냉각 튜브(214)에 결합된 제 3 환형 고정 링(220)으로부터 바닥 출구 통로(116)로 상향 연장되는 내화 벽돌의 스로트 층(218)으로 라이닝된다. 고정 링(220)은 냉각 튜브(214)로부터 반경방향 내측으로 연장되고 스로트 층(218)을 지지한다. 스로트 층(218)과 제 1 층(202) 사이에서, 내화 벽돌의 경사 층(222)은, 냉각 튜브(214)에 결합되고 냉각 튜브로부터 반경방향 내측으로 연장되는 제 4 환형 고정 링(224)에 의해 지지된다. 제 1 층(202)은 상부 쉘(104)에 결합되는 제 1 환형 고정 링(208)에 의해 지지되고 경사 층(222)은 용기(200)의 특정 작동 중에 냉각 튜브(214)에 결합되는 제 3 고정 링(220)에 의해 지지되기 때문에, 제 1 층(202)과 경사 층(222)은 상부 쉘(104)과 냉각 튜브(214) 사이의 팽창 차이로 인해 서로에 대해 축방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 제 1 층(202)과 경사 층(222) 사이의 충합(abutting) 조인트는 제 1 층(202)과 경사 층(222)이 차별적인 팽창 및 수축 기간 중에 비교적 자유롭게 서로를 지나서 슬라이딩할 수 있도록 수직으로 정렬된다. 이러한 슬라이드 가능한 결합은 제 1 층(202) 및/또는 경사 층(222)의 크랙킹을 초래할 수 있는 제 1 층(202) 및 경사 층(222)의 압축을 회피하는 것과 제 1 층(202)과 경사 층(222) 사이의 갭 형성을 회피하는 것을 용이하게 한다.
정체 환형 공간(216)은 내화 라이닝된 전이 스로트 실린더(114) 외부와 전이 부분(112) 내부에 위치하며, 플랜지형 조인트 구성에 비해 증가된 체적을 갖는다. 이 증가된 체적은 환형 공간(216) 내부에 보일러 급수 배관 및 지지 구조물을 갖는 본 발명의 실시예를 가능하게 한다. 이 실시예는 보다 유연한 파이프 경로설정을 가능하게 함으로써 열팽창 불일치로 인해 용기가 갖는 파이프 성분 및 조인트의 열 응력을 감소시킨다. 이 실시예는 또한 상부 헤더(도시되지 않음)를 수평 튜브 벽(도시되지 않음) 위의 환형 공간(216) 내로 경로설정하는데 충분한 공간을 제공한다. 상기 실시예는 수평 튜브 벽 아래의 고온 가스 경로 내부에 열 회수 성능을 증가시키거나 합성가스 냉각기 조립체의 전체 축방향 길이를 감소시키는 추가적인 튜브 패널 표면적을 추가한다. 또한, 상기 실시예는 용기 벽에 대한 직접적인 연결을 가능하게 함으로써 수직 튜브 패널에 대한 지지 구조를 단순화하며, 이는 보다 양호한 접근 및 설계 유연성을 위해 보다 많은 환형 공간을 해방시킨다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용기(300)의 스로트 영역의 개략도이다. 용기(300)는 용기(200)(도 2에 도시)와 거의 유사하며, 용기(200)의 구성요소와 동일한 용기(300)의 구성요소는 도 2에 사용된 것과 동일한 참조 부호를 사용하여 도 3에서 확인된다. 예시적인 실시예에서, 냉각 튜브(214)는 바닥 출구 통로(116)의 영역으로 연장되지 않는다. 따라서, 정체 환형 공간(216)은 도 2에 도시된 것보다 작다. 지지 스커트(301)는 상부 쉘(104)로부터 내측으로 경사 연장된다.
내화 벽돌의 제 1 층(302)은 반응 구역(106)의 외주 주위에 원주방향으로 적층되며, 내화 벽돌의 제 2 층(304)은 제 1 층(302)으로부터 반경방향 외측에 적층된다. 제 1 층(302)은 지지 스커트(301)로부터 반경방향 내측으로 연장되는 제 1 환형 고정 링(308)에 의해 하단부(306)에서 지지된다. 제 2 환형 고정 링(310)은 제 2 층(304)에 대한 지지를 제공하며, 이는 또한 제 1 환형 고정 링(308)으로부터 축방향으로 이격된 위치에서 지지 스커트(301)로부터 반경방향 내측으로 연장된다. 제 1 층(302)과 제 2 층(304)은 제 1 층(302) 내의 인접한 벽돌 사이의 이음매가 제 2 층(304) 내의 인접한 벽돌 사이의 이음매와 정렬되지 않도록 적층된다. 이러한 오정렬은 반응 구역(106)과 상부 쉘(104) 사이에 미로형 경로를 제공하며, 이는 반응 구역(106)으로부터의 고온의 미처리 배출 가스가 반응 구역(106)으로부터 누설되어, 고온의 미처리 배출 가스의 부식 성분이 상부 쉘(104)을 공격할 수 있는 공간(212)에 진입하는 것의 방지를 용이하게 한다.
전이 부분(112)은 스로트(114) 주위에 원주방향으로 연장되는 냉각 튜브(214)의 멤브레인 벽을 포함하는 튜브 케이지를 구비한다. 정체 환형 공간(216)은, 물을 공급하고 가스 냉각기(110)로부터 물과 증기를 제거하는 상승관 및 하강관(둘 다 도시되지 않음)을 위한 영역을 제공하도록 냉각 튜브(214)로부터 전이 부분(112)으로 반경방향 외측으로 연장된다. 스로트(114)는 냉각 튜브(214)에 결합된 제 3 환형 고정 링(220)으로부터 바닥 출구 통로(116)로 상향 연장되는 내화 벽돌의 스로트 층(218)으로 라이닝된다. 고정 링(220)은 냉각 튜브(214)로부터 반경방향 내측으로 연장되고 스로트 층(218)을 지지한다.
제 4 고정 링(312)은 지지 스커트(301)로부터 스로트 층(218)의 반경방향 외주를 향해 반경방향 내측으로 연장된다. 고정 링(312)은 내화 벽돌 및/또는 부정형(castable) 내화 재료로 이루어진 전이층(314)을 지지한다. 전이층(314)은 냉각 튜브(214)와 상부 쉘(104) 사이의 차별적인 팽창 및 수축을 상쇄시키기 위해 제 1 층(302)과 전이층(314) 사이 및 스로트 층(218)과 전이층(314) 사이에 슬라이딩 결합을 제공한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용기(400)의 스로트 영역의 개략도이다. 용기(400)는 용기(300)(도 3에 도시)와 거의 유사하며, 용기(300)의 구성요소와 동일한 용기(400)의 구성요소는 도 3에 사용된 것과 동일한 참조 부호를 사용하여 도 4에서 확인된다. 예시적인 실시예에서, 스로트 층(218)은 혼입된 입자 및 슬래그를 반응 구역(106)으로부터 제거하는 것을 용이하게 하는 수렴-발산형 단면적을 갖는다. 스로트 진입구(123)에서의 수렴형 단면적은 반응 구역(106)을 빠져나가는 고온의 미처리 배출 가스의 속도를 증가시키고 반응 구역(106) 내부의 배압을 증가시키는 경향이 있으며, 이는 또한 반응 구역(106) 내로의 가스 역류를 감소시킨다. 발산형 단면적은 슬래그가 스로트 층(218)의 하측 부분의 내화 벽돌로 흘러내리기 보다는 스로트(114)를 통해서 드립(drip)되도록 하기 위한 돌출부(overhang)를 제공한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용기(500)의 스로트 영역의 개략도이다. 용기(500)는 용기(300)(도 3에 도시)와 거의 유사하며, 용기(300)의 구성요소와 동일한 용기(500)의 구성요소는 도 3에 사용된 것과 동일한 참조 부호를 사용하여 도 5에서 확인된다. 예시적인 실시예에서, 스로트 층(502)은 제 1 층(504) 및 제 2 층(506)을 구비하며 제 1 층(504)과 제 2 층(506) 사이의 연결부(510)에는 단차부(508)가 제공된다. 냉각 튜브(214)와 상부 쉘(104)의 차별적인 팽창 및 수축 도중에 제 1 층(504)과 제 2 층(506) 사이의 축방향 이동이 가능하도록 갭(512)이 제공된다. 갭(512)은 층(506)의 돌출부(514)가 층(504)의 돌출부(516) 상에 얹혀져 제 1 층(504) 및 제 2 층(506)을 포함하는 내화 벽돌의 크랙킹 및/또는 변위를 초래하지 못하게 한다. 단차부(508)는 또한 고온의 미처리 배출 가스 스트림이 상부 쉘(104), 냉각 튜브(214) 또는 용기(500)의 다른 금속 부분에 도달하기 전에 통과하기 위한 추가적인 구불구불한 경로를 제공한다.
이상 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 조합을 위한 시스템 및 방법의 예시적인 실시예를 상세히 설명하였다. 도시된 시스템 및 방법은 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 한정되지 않으며, 오히려 시스템의 구성요소는 본 명세서에 기재된 다른 구성요소들과 독립적으로 및 별개로 사용될 수 있다. 추가로, 상기 방법에 기재된 단계들은 본 명세서에 기재된 다른 단계들과 독립적으로 및 별개로 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 단차부(508)는 도 4에 도시된 수렴-발산형 단면을 갖는 스로트 층(218)과 조합될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들의 다른 조합도 고려된다.
반응기, 합성가스 냉각기, 및 그 사이의 전이 부분을 둘러싸는 통합 용기의 실시예는 반응기, 합성가스 냉각기 및 전이 부분 사이의 플랜지형 연결부를 제거하며, 따라서 가스 경로 전이 부분(스로트)(114)을 외부 용기 전이 부분(112)으로부터 분리시킨다. 이러한 구성은, 동일하거나 큰 환형 공간(216)을 유지하면서 그 사이에 플랜지형 전이 부분을 갖는 개별 용기들을 구비하는 용기 구성에 비해 짧은 스로트 길이를 가능하게 한다. 통합 구성은 또한 그 전체 길이를 따른 냉각 스로트 내화 라이닝(218) 및/또는 냉각 전이 내화물 층(314)을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예는 전체 용기 길이를 감소시키고, 배관 길이 및 파이프 응력을 감소시키며, 재료 및 제작 비용을 감소시키고, 후술하는 향상된 개념과 이점, 즉 증기-냉각식 스로트 내화 라이닝, 증기-냉각식 전이 부분과 스로트 내화 라이닝, 스로트 유동 경로 내의 "드립 지점"을 제공하는 바, 이들은 본 발명의 실시예가 허용하는 감소된 길이의 스로트를 사용할 때만 효과적이다. 본 발명의 실시예는 또한 가스 유동 감속 및 보다 긴 수명 전이점, 높은 마모 시점에서 보다 긴 수명을 위해 두꺼운 벽돌을 허용하는 가스화 부분-대-스로트 전이 벽돌의 팽창 특징부, 반턱쪽매(ship lap) 신축 조인트, 증기 냉각식 내화 벽돌 라이닝, 가스화기 측벽의 수정된 지지 특징부, 가스화기 전이 부분, 가스화기 스로트 및 합성가스 냉각기 스로트 라이닝, 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 용기, 및 내화 라이닝된 스로트에서의 유연한 유동 경로 직경과 형상을 허용하며, 가변 직경은 라이닝 두께의 단계적인 증가를 이용해서 실현될 수 있다.
전이 부분 및/또는 스로트에서의 증기 냉각식 내화 라이닝은 보다 긴 작동 수명 및 내화물 교체를 위한 짧은 정지 시간을 가능하게 하며, 이는 가스화 처리의 이용가능성을 증가시키고 운용비를 감소시킨다. 증기 냉각식 내화 라이닝은 또한, 스로트를 빠져나가는 합성가스 속도 및/또는 질량 유속과 운동량 플럭스를 내화 라이닝된 스로트에서의 가변 직경에 의해 조절하는데 있어서 유연성을 추가한다. 내화 라인의 능동적인 냉각은 합성가스 냉각기로부터의 증기 냉각식 튜브를 가스화기 및/또는 튜브 케이지로 연장함으로써 달성된다. 통합 용기와 내화 라이닝은 스틸 용기 플랜지의 교체 없이도 내화 라이닝된 스로트 유로 직경 및 형상을 변경하는 것의 유연성을 허용한다. 스로트 형상은 원통형, 원추형 또는 유동이 스로트의 하류 출구에 접근할수록 직경이 증가하는 나팔꽃 형상일 수 있다.
통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 시스템을 위한 방법 및 시스템의 전술한 실시예는, 내화-라이닝된 가스화 반응 챔버와 합성가스 냉각기 열교환기를 함께 단일 용기 내에서 둘러싸는 비연속적인 내부 용기를 대신 사용하여 가스화기와 합성가스 냉각기 사이의 수평 플랜지-대-플랜지 조인트를 제거하기 위한 비용-효과적이고 확실한 수단을 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예는 가스화기-대-합성가스 냉각기 전이 영역에 충분한 내부 체적을 제공하여 스로트 튜브 케이지를 가스화기의 바닥 전이 부분까지 연장시키며, 이는 스로트의 전체 길이의 내화 라이닝 및/또는 가스화기 내의 전체 스로트 플러스 45도 바닥 전이 부분의 증기 냉각을 가능하게 한다. 증기-냉각식 내화 라이닝은 스로트 내에서의 능동적인 증기 냉각 없이도 더 긴 수명을 갖는다. 추가로, 가스화기 측벽, 전이 부분 및 스로트 섹션에서의 내화 라이닝의 지지체는 온도 변화 기간 중의 가스화기 측벽, 전이 부분 및 스로트 섹션의 팽창 및 수축을 수용한다. 따라서, 합성가스가 전이 영역으로 유입되기 위한 내화 라이닝 내의 직접적인 누설 경로가 실질적으로 제거된다. 그 결과, 본 명세서에 기재된 방법 및 시스템은 연료의 가스화 및 냉각을 비용 효과적이고 확실한 방식으로 촉진한다.
본 발명을 다양한 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 청구범위의 취지와 요지 내에서 수정되어 실시될 수 있음을 알 것이다.

Claims (20)

  1. 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기에 있어서,
    반응 챔버를 구비하는 가스화기,
    상기 가스화기와 일체로 형성되고 적어도 하나의 열교환기 요소를 구비하는 합성가스 냉각기, 및
    상기 반응 챔버 및 상기 합성가스 냉각기와 일체로 형성되고 상기 반응 챔버 및 상기 합성가스 냉각기 사이에서 연장되는 전이 부분(112)을 포함하며,
    상기 전이 부분은 상기 반응 챔버와 상기 합성가스 냉각기 사이에서 연장되는 스로트(throat)(114)를 추가로 포함하고, 상기 전이 부분은 상기 스로트를 둘러싸는 열교환기를 추가로 포함하며, 상기 열교환기는 상기 스로트의 냉각을 촉진하기 위해 상기 스로트(114)로부터 반경방향 외측에 배치되는 증기 냉각식 튜브 케이지를 포함하는 것을 특징으로 하는
    통합 가스화기 및 합성가스 냉각기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스화기와 상기 전이 부분(112) 중 적어도 하나로부터 반경방향 내측으로 연장되는 지지 스커트(301), 및
    상기 지지 스커트에 결합되는 적어도 하나의 고정 링(208, 210, 220, 224, 308, 310, 312)을 추가로 포함하며,
    상기 적어도 하나의 고정 링은 상기 지지 스커트로부터 반경방향 내측으로 연장되고, 상기 적어도 하나의 고정 링은 상기 지지 스커트의 둘레 주위에서 적어도 부분적으로 연장되는 것을 특징으로 하는
    통합 가스화기 및 합성가스 냉각기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정 링에 의해 지지되는 내화 재료 층을 추가로 포함하며,
    상기 내화 재료 층은 인접하는 내화 재료 층들이 팽창 및 수축 기간 중에 내화 재료 층들 사이의 접촉 유지를 촉진하기 위해 슬라이드 가능하게 결합되도록 상기 적어도 하나의 고정 링(208, 210, 220, 224, 308, 310, 312)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는
    통합 가스화기 및 합성가스 냉각기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스로트(114)는 수렴/발산형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는
    통합 가스화기 및 합성가스 냉각기.
  6. 통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 시스템에 있어서,
    가스화기 반응 챔버를 둘러싸고, 용기 헤드(120)로부터 하단부로 연장되는 제 1 압력 용기 부분;
    상기 반응 챔버로부터의 고온의 미처리 배출 가스 스트림을 냉각시키도록 구성된 가스 냉각기(110)를 둘러싸고, 상단부로부터 고체 제거 단부를 향해 수직 하향으로 연장되는 제 2 압력 용기 부분;
    상기 하단부와 상기 상단부 사이에서 연장되는 전이 부분(112)으로서, 상기 제 1 부분, 제 2 부분 및 전이 부분의 각각은 각 부분의 중심 종축(118)을 따라서 실질적인 수직 동축 정렬 상태에 있는, 상기 전이 부분(112);
    상기 각각의 부분과 동축적으로 정렬되고, 상기 가스화기 반응 챔버로부터 상기 가스 냉각기(110)로의 고온의 미처리 배출 가스 스트림의 자유로운 통과를 위해 각각의 부분 사이에서 연장되는 스로트(114)로서, 반경방향 내표면 주위에서 내화 재료로 라이닝되는, 상기 스로트(114);
    상기 스로트의 길이의 적어도 일부를 따라서 상기 스로트를 둘러싸는 동심 동축 수직 튜브 케이지; 및
    상기 제 1 부분과 상기 튜브 케이지 중 적어도 하나에 결합되고 반경방향 내측으로 연장되며, 상기 스로트 내화 재료를 지지하도록 구성되는 복수의 환형 고정 링(208, 210, 220, 224, 308, 310, 312)을 포함하며,
    상기 제 1 부분은 제 1 외경을 갖고 상기 제 2 부분은 제 2 외경을 가지며, 상기 전이 부분(112)은 상기 제 1 외경과 상기 제 2 외경 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는
    통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 부분과 상기 튜브 케이지 중 적어도 하나로부터 내측으로 경사 연장되는 지지 스커트(301)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 환형 고정 링(208, 210, 220, 224, 308, 310, 312) 중 적어도 하나는 상기 지지 스커트(301)를 통해서 상기 제 1 부분과 상기 튜브 케이지 중 적어도 하나에 결합되는 것을 특징으로 하는
    통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 시스템.
  9. 삭제
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 압력 용기 부분은 각각의 세장형 수직 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는
    통합 가스화기 및 합성가스 냉각기 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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  19. 삭제
  20. 삭제
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