KR101632146B1

KR101632146B1 - Biomass gasifier

Info

Publication number: KR101632146B1
Application number: KR1020150045494A
Authority: KR
Inventors: 이명교; 김진우
Original assignee: (주)정석이엔씨; 롯데건설 주식회사; 이명교
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-06-21

Abstract

The present invention relates to a biomass gasifier capable of generating synthetic gas by pyrolyzing biomass. According to the present invention, the biomass gasifier comprises: a housing; an inlet of inserting biomass into the housing; a drying chamber prepared in the lower side of the inlet to dry biomass; a pyrolysis chamber prepared in the lower side of the drying chamber to pyrolyze by heating the biomass; a primary combustion chamber prepared in the lower side of the pyrolysis chamber to burn the biomass while air is supplied thereto; a reduction chamber prepared in the lower side of the primary combustion chamber to generate synthetic gas (2CO, H_2) as CO_2 and H_2O (Vapor) generated in a combustion process pass through a bed layer of biomass charcoal; a secondary combustion chamber prepared in the lower side of the reduction chamber to supply CO_2 and H_2O to the reduction chamber by generating CO_2 and H_2O while air is supplied to the biomass charcoal; a fixed bed installed in the lower side of the secondary combustion chamber to support the biomass charcoal, and having a plurality of through holes; an air supplier of supplying air to the primary combustion chamber; a gas receiving pipe of receiving synthetic gas generated from the reduction chamber; and an air inlet pipe of supplying air to the secondary combustion chamber.

Description

[0001] Biomass gasifier [0002]

본 발명은 바이오매스 가스화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이오매스를 열분해하여 합성가스를 생산하는 바이오매스 가스화 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a biomass gasification apparatus, and more particularly, to a biomass gasification apparatus for pyrolyzing biomass to produce a syngas.

근래 들어, 대부분의 에너지원으로 이용되는 화석 연료의 고갈 위험 및 이에 따른 급격한 가격 변동, 온실가스를 포함한 유해한 물질들의 배출로 인한 환경 파괴 등의 문제가 전세계적으로 대두되면서 신재생 에너지에 대한 관심이 증가하고 있다.In recent years, there has been a worldwide problem of depletion of fossil fuels used as the most energy source, rapid price fluctuations, and environmental destruction caused by the release of harmful substances including greenhouse gases. .

신재생 에너지 중에서 바이오매스 연료는 화석연료의 고갈과 환경오염에 대한 우려를 해소할 수 있는 대체에너지의 한 분야로 주목받고 있다. 바이오매스란 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의하여 생성되는 식물체, 균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물유기체를 지칭하는 용어이다. 바이오매스 자원은 곡물 등의 전분질계 자원과 임목 및 볏짚, 왕겨와 같은 농부산물을 포함하는 셀룰로스계의 자원, 사탕수수, 사탕무와 같은 당질계의 자원 및 음식폐기물 등의 유기성 폐기물을 포함한다.Among renewable energy sources, biomass fuels are attracting attention as an alternative energy source that can eliminate fossil fuel depletion and environmental pollution concerns. Biomass is a term referring to biological organisms, including plants and cells that are produced by photosynthesis of plants and microorganisms that receive solar energy, and animals that live on them. Biomass resources include starchy resources such as cereals and organic wastes such as woody resources such as woody resources such as timber and rice straw, rice husks, cellulosic resources such as sugar cane, sugar beet, and food waste.

지구상에 내리쬐는 태양에너지의 약 0.1%가 바이오매스로 축적되고 있고, 바이오매스는 근본적으로 이산화탄소에 의한 환경 영향이 없는 장점이 있다. 이러한 바이오매스로부터 생산되는 청정연료인 합성가스로부터 열, 전력, 액체 연료, 기초화학 연료 물질들을 생산할 수 있는 후속 공정들이 개발되면서 바이오매스는 석유를 대체할 수 있는 핵심 자원으로서 검토되고 있다.About 0.1% of the sun's energy is accumulated in biomass, and biomass is fundamentally free of environmental impacts due to carbon dioxide. Biomass is being considered as a key resource to replace petroleum, as subsequent processes have been developed to produce heat, power, liquid fuels, and basic chemical fuel materials from syngas, a clean fuel produced from these biomass.

바이오매스를 기존 에너지 생산시스템에 활용하기 위해서는 먼저 이를 기체 상태의 합성가스로 전환해 줘야 하는데, 대표적인 기술이 바로 바이오매스 가스화 기술이다. 가스화 기술로 전환된 합성가스는 일산화탄소, 수소, 메탄 등으로 구성돼 있어 이를 곧바로 수송용, 발전용, 난방용 에너지로 활용할 수 있다. 또한 촉매합성 또는 생물적인 전환을 통해 합성 천연가스나 FT 디젤, 바이오 수소와 같은 고부가가치 연료도 생산할 수 있다. 바이오매스를 기체 상태의 합성가스로 전환하기 위한 바이오매스 가스화 장치로 상향류식 바이오매스 가스화 장치와 하향류식 바이오매스 가스화 장치가 있다.In order to utilize biomass in existing energy production systems, it is necessary to convert it to gaseous syngas. A typical technology is biomass gasification technology. The syngas converted to gasification technology is composed of carbon monoxide, hydrogen, and methane, which can be used directly as energy for transportation, power generation, and heating. It can also produce high value-added fuels such as synthetic natural gas, FT diesel and biohydrogen through catalyst synthesis or biological conversion. Biomass gasification equipment for converting biomass into gaseous syngas is an upflow biomass gasification unit and a downflow biomass gasification unit.

상향류식 바이오매스 가스화 장치는 부분연소, 환원, 열분해를 위한 구간 및 건조 구간을 가지며, 산소는 바이오매스 가스화 장치 하부로부터 공급되어 바이오매스와 반응하고 발생 가스는 상부로 이동한다. 상항류식 바이오매스 가스화 장치는 고온의 가스가 바이오매스 연료층을 통과하므로 낮은 온도를 유지하여 높은 효율을 갖지만, 발생 가스에 타르가 많이 포함되고, 대용량 처리가 어려우며, 연속 운전에 부적합한 단점이 있다.The upflow biomass gasifier has a section for partial combustion, reduction, pyrolysis and a drying section. Oxygen is supplied from the bottom of the biomass gasifier to react with the biomass, and the generated gas moves upward. The upper stream biomass gasification system has a disadvantage in that the high temperature gas is passed through the biomass fuel layer to maintain the low temperature and high efficiency, but the generated gas contains a lot of tar, is difficult to process in a large capacity, and is unsuitable for continuous operation.

하향류식 바이오매스 가스화 장치는 공기가 적치된 바이오매스 원료의 하측으로 공급되어 바이오매스 가스화 장치 하부로 이동하는 특징을 갖는다. 하향류식 바이오매스 가스화 장치는 상향류식 바이오매스 가스화 장치가 갖는 문제점 중 하나로 발전 엔진에 영향을 미칠 수 있는 발생 가스내 타르를 저감할 수 있는 장점이 있다. 그러나 낮은 효율과 수분이 많은 바이오매스 연료 및 바이오매스가 타고 남은 재의 처리가 어렵고, 점화에 필요한 시간이 길다는 단점이 있다.
The downflow biomass gasifier is characterized in that air is supplied to the lower side of the biomass feedstock to which the air is introduced and moves to the lower part of the biomass gasification plant. One of the problems with the downflow biomass gasification system is that it can reduce the tar in the generated gas which may affect the power generation engine. However, it has a disadvantage in that it is difficult to dispose of ashes remaining on a low efficiency and watery biomass fuel and biomass, and the time required for ignition is long.

등록특허공보 제0519386호 (2005. 10. 06.)Patent Registration No. 0519386 (Oct. 06, 2005) 등록특허공보 제0742159호 (2007. 07. 25.)Patent Registration No. 0742159 (Jul. 25, 2007) 등록특허공보 제1401472호 (2014. 05. 30.)Patent Registration No. 1401472 (2014. 05. 30)

본 발명은 상술한 것과 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발생 가스 내 타르 및 더스트 함유량이 적고, 열분해 효율이 높아 합성가스 생산성을 높일 수 있는 새로운 구조의 바이오매스 가스화 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a biomass gasification apparatus with a new structure capable of increasing syngas productivity by having low content of tar and dust in the generated gas and high pyrolysis efficiency. The purpose.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 바이오매스 가스화 장치는, 내부 공간을 갖는 하우징과, 바이오매스를 상기 하우징 내측으로 투입하기 위해 상기 하우징에 구비되는 투입부와, 상기 투입부를 통해 투입되는 바이오매스를 건조하기 위해 상기 투입부 하측에 마련되는 건조실과, 상기 건조실로부터 하강하는 바이오매스를 가열하여 열분해하기 위해 상기 건조실의 하측에 마련되는 열분해실과, 상기 열분해실로부터 하강하는 바이오매스를 공기를 공급하면서 연소시키기 위해 상기 열분해실의 하측에 마련되는 일차 연소실과, 상기 일차 연소실에서 연소되어 하강하는 바이오매스가 숯으로 적층되고 연소 공정에서 발생하는 CO₂와 H₂O(Vapor)를 바이오매스 숯의 베드(Bed)층을 통과시켜 합성가스(2CO, H₂)를 만들기 위해 상기 일차 연소실의 하측에 마련되는 환원실과, 상기 환원실에서 하강하는 바이오매스 숯에 공기를 공급하면서 CO₂, H₂O를 발생시켜 상기 환원실에 공급하기 위해 상기 환원실의 하측에 마련되는 이차 연소실과, 상기 이차 연소실의 하측에 설치되어 바이오매스 숯을 떠받치고 바이오매스가 연소되고 남은 재를 하측으로 통과시키는 복수의 통공을 갖는 고정 베드와, 상기 일차 연소실에 공기를 공급하기 위해 상기 하우징에 설치되는 공기 공급기와, 상기 환원실에서 생성되는 합성가스를 수취하기 위해 상기 환원실과 가스 유동이 가능하게 연결되도록 상기 하우징에 설치되는 가스 수취관과, 상기 이차 연소실에 공기를 공급하기 위해 상기 하우징에 설치되는 공기 유입관을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a biomass gasification apparatus comprising: a housing having an internal space; a charging unit provided in the housing for charging the biomass into the housing; A pyrolysis chamber provided below the drying chamber for heating and pyrolyzing the biomass descending from the drying chamber and a pyrolysis chamber provided below the pyrolysis chamber for supplying air to the biomass falling from the pyrolysis chamber, A first combustion chamber provided below the pyrolysis chamber for burning, and a biomass burned down in the primary combustion chamber are stacked with char, and CO ₂ and H ₂ O (vapor) generated in the combustion process are supplied to a bed of biomass charcoal passing the (Bed) layer to produce a synthesis gas (2CO, H ₂₎ lower side of the primary combustion chamber A secondary combustion chamber provided below the reduction chamber for supplying CO ₂ and H ₂ O to the reduction chamber while supplying air to the biomass charcoal descending from the reduction chamber; A fixed bed provided on the lower side of the combustion chamber to support the biomass charcoal and having a plurality of through holes through which the biomass is burnt and the remaining material passes downwardly; an air feeder installed in the housing to supply air to the primary combustion chamber; A gas intake pipe installed in the housing to allow a gas flow to be connected to the reduction chamber so as to receive a synthesis gas generated in the reduction chamber, and an air inlet pipe installed in the housing to supply air to the secondary combustion chamber .

본 발명에 의한 바이오매스 가스화 장치는, 상기 고정 베드의 복수의 통공을 통해 떨어지는 재를 수거하기 위해 상기 고정 베드 하측에 마련되는 재 수거실과, 상기 재 수거실에 공기를 공급하기 위해 상기 재 수거실과 연결되도록 상기 하우징에 설치되는 공기 주입관을 더 포함하고, 상기 공기 주입관을 통해 상기 재 수거실로 공급되는 공기가 상기 고정 베드의 복수의 통공을 통해 상기 이차 연소실에 공급될 수 있다.The apparatus for biomass gasification according to the present invention may further comprise a re-collection chamber provided below the fixed bed to collect ashes falling through a plurality of through holes of the fixed bed, And the air supplied to the re-collection chamber through the air injection pipe may be supplied to the secondary combustion chamber through the plurality of through holes of the fixed bed.

상기 하우징은 상기 건조실과, 상기 열분해실과, 상기 일차 연소실과, 상기 환원실과, 상기 이차 연소실을 둘러싸는 내벽과, 상기 내벽의 외측에서 상기 내벽을 둘러싸는 외벽을 포함하고, 본 발명에 의한 바이오매스 가스화 장치는, 상기 공기 주입관이 연결되어 상기 공기 주입관을 통해 공기가 공급될 수 있도록 상기 하우징의 내벽과 외벽 사이에 마련되는 공기 유입실과, 상기 공기 유입실의 공기를 상기 재 수거실로 유입시키기 위해 상기 하우징의 내벽에 형성되는 복수의 공기 유입구멍을 더 포함할 수 있다.Wherein the housing includes an outer wall surrounding the drying chamber, the thermal decomposition chamber, the primary combustion chamber, the reducing chamber, the secondary combustion chamber, and the outer wall surrounding the inner wall from outside the inner wall, The gasifier includes an air inlet chamber provided between the inner wall and the outer wall of the housing so that the air inlet tube is connected to supply air through the air inlet tube, And a plurality of air inflow holes formed in an inner wall of the housing to prevent the air from entering the housing.

상기 하우징은 상기 건조실과, 상기 열분해실과, 상기 일차 연소실과, 상기 환원실과, 상기 이차 연소실을 둘러싸는 내벽과, 상기 내벽의 외측에서 상기 내벽을 둘러싸는 외벽을 포함하고, 본 발명에 의한 바이오매스 가스화 장치는, 상기 환원실에서 만들어지는 합성가스를 상기 환원실에서 배출하기 위해 상기 내벽에 형성되는 복수의 가스 배출구멍과, 상기 복수의 가스 배출구멍에서 배출되는 합성가스를 포집하기 위해 상기 하우징의 내벽과 외벽 사이에 마련되고, 상기 가스 수취관이 가스 유동이 가능하게 연결되는 가스 포집실을 더 포함할 수 있다.Wherein the housing includes an outer wall surrounding the drying chamber, the thermal decomposition chamber, the primary combustion chamber, the reducing chamber, the secondary combustion chamber, and the outer wall surrounding the inner wall from outside the inner wall, The gasification apparatus comprises a plurality of gas discharge holes formed in the inner wall for discharging a syngas produced in the reduction chamber from the reduction chamber, and a plurality of gas discharge holes formed in the inner wall of the housing for collecting the syngas discharged from the plurality of gas discharge holes. And a gas collecting chamber provided between the inner wall and the outer wall, wherein the gas collecting pipe is connected to the gas collecting chamber so that gas flow is possible.

본 발명에 의한 바이오매스 가스화 장치는, 상기 이차 연소실의 바이오매스 숯과 재를 휘젓기 위해 상기 이차 연소실에 회전 가능하게 설치되는 교반 블레이드와, 상기 교반 블레이드를 회전시키는 모터와, 상기 공기 유입관이 공급하는 공기를 상기 이차 연소실에 분사하기 위해 상기 공기 유입관과 연결되도록 상기 교반 블레이드에 형성되는 복수의 공기 분사구멍을 갖는 연소 교반기를 더 포함할 수 있다.The apparatus for biomass gasification according to the present invention comprises an agitating blade rotatably installed in the secondary combustion chamber for agitating the biomass charcoal and ashes of the secondary combustion chamber, a motor for rotating the agitating blade, And a plurality of air injection holes formed in the stirring blade so as to be connected to the air inlet pipe for spraying the air to the secondary combustion chamber.

상기 공기 유입관은 상기 교반 블레이드에 상온의 외부 공기를 공급할 수 있다.The air inlet pipe may supply external air at room temperature to the stirring blade.

상기 연소 교반기의 교반 블레이드는, 상기 모터로부터 회전력을 전달받아 회전하는 회전부재와, 상기 회전부재로부터 외측으로 연장되고 상기 복수의 공기 분사구멍 중 일부가 형성되는 하나 이상의 날개와, 상기 날개에서 멀어지는 방향으로 점진적으로 높이가 낮아지도록 상기 교반 블레이드의 회전 방향을 기준으로 상기 날개의 선단에 결합되고 상기 복수의 공기 분사구멍 중 일부가 형성되는 스크레이퍼를 구비할 수 있다.Wherein the stirring blade of the combustion stirrer includes: a rotating member that rotates by receiving a rotational force from the motor; at least one blade extending outward from the rotating member and having a part of the plurality of air injection holes; And a scraper coupled to a leading end of the blade with respect to a rotating direction of the stirring blade so that the height of the scraper blade gradually decreases to a portion of the plurality of air injection holes.

본 발명에 의한 바이오매스 가스화 장치는, 상기 건조실로 유입되는 바이오매스를 휘젓기 위해 상기 건조실에 회전 가능하게 설치되는 교반 블레이드와, 상기 교반 블레이드를 회전시키는 모터를 갖는 건조 교반기를 더 포함할 수 있다.The apparatus for biomass gasification according to the present invention may further include a drying agitator having an agitating blade rotatably installed in the drying chamber for agitating the biomass flowing into the drying chamber and a motor for rotating the agitating blade.

본 발명에 의한 바이오매스 가스화 장치는, 상기 투입부를 통해 상기 건조실로 투입되는 바이오매스를 상기 건조실에서 확산시키기 위해 상기 건조실의 상측에 상부에서 하부 방향으로 넓이가 점진적으로 증가하는 형상으로 설치되는 확산부재를 더 포함할 수 있다.A biomass gasification apparatus according to the present invention is characterized in that a biomass gasification device for introducing biomass into the drying chamber through the inlet portion is provided on the drying chamber to diffuse the biomass in a gradually increasing shape in an upward- As shown in FIG.

상기 공기 공급기는, 상기 일차 연소실의 상측에 설치되고 상기 일차 연소실의 상측에서 하측 방향으로 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 공기 공급관과, 상기 일차 연소실의 둘레를 따라 설치되어 상기 일차 연소실의 가장자리에서 중앙을 향해 하향 경사지게 공기를 공급하는 복수의 공기 분사관을 포함할 수 있다.
Wherein the air supply unit includes an air supply pipe provided on the upper side of the primary combustion chamber and having a plurality of nozzles for spraying air in a downward direction from the upper side of the primary combustion chamber, And a plurality of air injection pipes for supplying air downwardly inclined toward the center.

본 발명에 의한 바이오매스 가스화 장치는 합성가스가 생성되는 환원실을 사이에 두고 2개의 연소 구역이 마련되어 바이오매스의 열분해 효율을 높일 수 있고, 높은 생산성으로 타르 함유량이 적은 합성가스를 생산할 수 있다.
The biomass gasification apparatus according to the present invention can produce a syngas having a high productivity and a low tar content by providing two combustion zones through a reduction chamber in which a syngas is generated to increase the pyrolysis efficiency of the biomass.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 바이오매스 가스화 장치가 적용된 바이오매스 발전설비를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 바이오매스 가스화 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 도 2의 C-C 선을 따라 취한 단면도이다.
도 6은 도 2의 D-D 선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 바이오매스 가스화 장치의 연소 교반기에 구비되는 교반 블레이드를 나타낸 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a biomass power generation facility to which a biomass gasification apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a cross-sectional view of a biomass gasifier according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in Fig.
4 is a cross-sectional view taken along line BB in Fig.
5 is a cross-sectional view taken along line CC in Fig.
6 is a cross-sectional view taken along line DD of Fig.
FIG. 7 shows a stirring blade provided in a combustion stirrer of a biomass gasification apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 바이오매스 가스화 장치에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a biomass gasifier according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.In describing the present invention, the sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated or simplified for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. These terms are to be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the contents throughout the present specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 바이오매스 가스화 장치가 적용된 바이오매스 발전설비를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 바이오매스 가스화 장치를 나타낸 단면도이다.FIG. 1 is a schematic view illustrating a biomass power generation facility to which a biomass gasification apparatus according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a biomass gasification apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 바이오매스 가스화 장치(200)는 바이오매스 발전설비(100)에 설치되어 바이오매스로부터 합성가스를 생산하는 바이오매스 발전설비(100)의 핵심 장치이다. 바이오매스 발전설비(100)는 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장조(110)와, 바이오매스 저장조(110)에 저장된 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급기(140)와, 바이오매스 공급기(140)에서 공급되는 바이오매스를 건조하는 건조기(150)와, 건조기(150)에서 건조된 바이오매스로부터 합성가스를 만드는 바이오매스 가스화 장치(200)와, 합성가스의 온도를 낮추기 위한 복수의 합성가스 열교환기(350)(400)(600)와, 합성가스에서 타르를 제거하기 위한 전기 집진기(500)와, 합성가스를 건조시키기 위한 가스 드라이어(650)와, 합성가스에 공기를 혼합하는 혼합기(700)와, 합성가스를 연소시켜 전기를 생산하는 발전 엔진(800)과, 발전 엔진(800)에서 발생하는 고온의 연소 가스로부터 난방 열원을 공급받는 난방기(850)를 포함한다.1, a biomass gasification apparatus 200 according to an exemplary embodiment of the present invention is installed in a biomass power generation facility 100, and is installed in a core of a biomass generation facility 100 for producing a synthesis gas from biomass Device. The biomass power plant 100 includes a biomass storage tank 110 for storing biomass, a biomass feeder 140 for supplying biomass stored in the biomass storage tank 110, A biomass gasifier 200 for producing a syngas from the biomass dried in the dryer 150 and a plurality of syngas heat exchangers 350 for lowering the temperature of the syngas An electric dust collector 500 for removing tar from the syngas, a gas dryer 650 for drying the syngas, a mixer 700 for mixing air into the syngas, A power generation engine 800 that generates electricity by burning the syngas, and a heater 850 that receives a heating heat source from the high temperature combustion gas generated by the power generation engine 800.

이러한 바이오매스 발전설비(100)는 바이오매스 가스화 장치(200)를 이용하여 바이오매스로부터 합성가스를 만들고, 합성가스를 연소하여 전력과 난방에 필요한 에너지를 생산할 수 있다.Such a biomass power generation facility 100 can produce syngas from biomass using the biomass gasification apparatus 200 and produce syngas to produce power and heating energy.

도 1에서 미설명 부호 120은 바이오매스 저장조(110)에 저장된 바이오매스를 이송하는 뉴메틱 이송관이고, 130, 160, 300은 사이클론이고, 170, 180, 360, 610, 910은 송풍기이고, 750은 비상시 합성가스를 연소시켜 안전 사고의 위험을 줄여주는 플레이 스택장치이고, 900은 연소가스 열교환기이다.1, reference numeral 120 denotes a pneumatic conveyance pipe for conveying the biomass stored in the biomass storage tank 110, reference numerals 130, 160 and 300 denote cyclones, reference numerals 170, 180, 360, 610 and 910 denote blowers, 750 Is a play stack device that reduces the risk of a safety accident by burning syngas in an emergency, and 900 is a combustion gas heat exchanger.

도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 바이오매스 가스화 장치(200)는 공기량 조정을 통해 바이오매스를 일부만 연소시키는 산화 과정과 연소되지 않고 남는 숯으로부터 합성가스를 만드는 환원 과정을 통해 바이오매스를 가스화시키는 장치이다.As shown in FIGS. 1 and 2, the biomass gasification apparatus 200 according to an embodiment of the present invention includes an oxidation process of burning only a part of the biomass through adjustment of an air amount, a reduction process It is a device to gasify biomass through the process.

바이오매스 가스화 장치(200)는 내부 공간이 형성된 하우징(210)을 갖는다. 하우징(210)은 외벽(211)과 내벽(212)의 이중 벽 구조로 이루어진다. 하우징(210)의 상측에는 투입부(214)가 구비되고 하우징(210)의 하측에는 재 배출부(216)가 구비된다. 건조기(150)에서 건조된 바이오매스는 투입부(214)를 통해 하우징(210)의 내부 공간으로 투입되어 하측으로 이동하면서 가스화 과정을 거친다. 바이오매스가 가스화되면서 남은 재는 재 배출부(216)를 통과하여 재 배출기(218)에 의해 하우징(210) 외부로 배출된다.The biomass gasifier 200 has a housing 210 in which an inner space is formed. The housing 210 has a double wall structure of an outer wall 211 and an inner wall 212. A charging unit 214 is provided on the upper side of the housing 210 and a discharging unit 216 is provided on the lower side of the housing 210. The biomass dried in the dryer 150 is introduced into the inner space of the housing 210 through the charging unit 214 and is moved downward to undergo a gasification process. As the biomass is gasified, the remaining material passes through the re-discharge unit 216 and is discharged to the outside of the housing 210 by the re-discharge unit 218.

하우징(210)의 내부 공간은 상측부터 건조실(220), 열분해실(228), 일차 연소실(230), 환원실(240), 이차 연소실(250) 및 재 수거실(272)로 구분된다. 투입부(214)로 투입되는 바이오매스는 건조실(220), 열분해실(228), 일차 연소실(230), 환원실(240), 이차 연소실(250)을 차례로 거치면서 재로 변하여 재 수거실(272)에 수거된다.The interior space of the housing 210 is divided into a drying chamber 220, a thermal decomposition chamber 228, a primary combustion chamber 230, a reduction chamber 240, a secondary combustion chamber 250, and a re-storage chamber 272 from above. The biomass supplied to the charging unit 214 passes through the drying chamber 220, the thermal decomposition chamber 228, the primary combustion chamber 230, the reducing chamber 240, and the secondary combustion chamber 250 in order, ).

건조실(220)은 바이오매스의 건조를 위한 것이다. 건조실(220)에서의 건조 공정(Drying)은 바이오매스 가스화 공정의 전처리 공정이다. 건조실(220)에서 바이오매스에 함유된 수분이 증발되고 일부 휘발성 물질도 증발된다. 건조실(220)의 상측에는 확산부재(221)가 설치된다. 확산부재(221)는 상부에서 하부 방향으로 넓이가 점진적으로 증가하는 형상으로 이루어지고 건조실(220) 상측 중앙에 설치되어 투입부(214)를 통해 투입되는 바이오매스를 건조실(220) 중앙에 쌓이지 않게 확산시킨다.The drying chamber 220 is for drying the biomass. The drying process in the drying chamber 220 is a pretreatment process of the biomass gasification process. In the drying chamber 220, water contained in the biomass is evaporated and some volatile substances are also evaporated. A diffusion member 221 is provided on the upper side of the drying chamber 220. The diffusion member 221 has a shape gradually increasing in width from the upper portion to the lower portion and is installed in the upper center of the drying chamber 220 so that the biomass injected through the input portion 214 is not accumulated in the center of the drying chamber 220 .

도 2 및 도 3에 나타낸 것과 같이, 건조실(220)에는 건조 교반기(222)가 설치된다. 건조 교반기(222)는 교반 블레이드(223)와, 모터(224)와, 동력전달기구(225)를 포함한다. 모터(224)는 하우징(210)의 외측에 설치된다. 모터(224)의 구동력이 동력전달기구(225)를 통해 교반 블레이드(223)에 전달되어 교반 블레이드(223)가 회전하면서 건조실(220)의 바이오매스를 휘젓게 된다.As shown in FIGS. 2 and 3, the drying chamber 220 is provided with a drying agitator 222. The drying agitator 222 includes a stirring blade 223, a motor 224, and a power transmission mechanism 225. The motor 224 is installed outside the housing 210. The driving force of the motor 224 is transmitted to the stirring blade 223 through the power transmission mechanism 225 to agitate the biomass of the drying chamber 220 while rotating the stirring blade 223.

상대적으로 좁은 투입부(214)를 통해 투입되는 바이오매스는 일정한 안식각으로 쌓이게 된다. 하우징(210) 내부에 쌓이는 바이오매스가 안식각을 갖고 수평을 유지하지 못하면 일정한 높이의 산화 및 환원 구간을 가지지 못하고 가스화층이 형성되지 못하게 된다. 이 경우 건조 및 열분해 과정에서 발생되는 합성가스가 환원 구간에서 정해진 유로로 유입되지 못하고 상부의 투입부(214)를 통해 배출되어 에너지의 손실이 발생하게 된다. 건조 교반기(222)는 건조실(220)로 투입되어 쌓이는 바이오매스를 안식각이 생기지 않게 고르게 펼쳐줌으로써 합성가스의 누출 문제를 해결해 준다.The biomass injected through the relatively narrow input unit 214 is accumulated at a certain angle of repose. If the biomass accumulated in the housing 210 does not maintain the horizontal angle with the angle of repose, the gasification layer can not be formed because it does not have oxidation and reduction sections of a constant height. In this case, the syngas generated in the drying and pyrolysis process can not be introduced into the predetermined flow path in the reducing section, but is discharged through the upper injection section 214 to cause energy loss. The drying agitator 222 solves the leakage problem of the syngas by uniformly spreading the biomass that is put into the drying chamber 220 to prevent the angle of repose.

건조실(220)에는 바이오매스를 가열하기 위한 별도의 가열장치가 구비되지 않는다. 건조기(150)에서 건조실(220)로 투입된 바이오매스는 건조기(150)에서 받은 열기를 띄고 있으므로 그 열기로 건조실(220)에서 건조가 이루어질 수 있다. 또한 건조실(220)의 하측의 열분해실(228)로부터 상승하는 열기로 건조실(220)에서 바이오매스를 건조시킬 수 있다.The drying chamber 220 is not provided with a separate heating device for heating the biomass. The biomass introduced into the drying chamber 220 in the dryer 150 is heated by the dryer 150, so that the drying can be performed in the drying chamber 220. In addition, the biomass can be dried in the drying chamber 220 by the heat rising from the pyrolysis chamber 228 below the drying chamber 220.

건조실(220)을 거친 바이오매스는 그 하측의 열분해실(228)로 이동한다. 열분해실(228)에서의 열분해 공정(Pyrolysis)은 바이오매스에서 가스상의 물질을 얻기 위한 공정으로, 고온(예컨대, 240℃)의 열을 바이오매스에 가하면 바이오매스가 열분해되어 가스와 타르로 분리되고 잔재물로 숯이 남게 된다. 열분해 공정은 산소가 필요 없는 공정이며, 가스상의 물질은 주로 C, H, O 계열의 휘발성(Volatile) 물질이다. 열분해실(228)에는 바이오매스를 가열하기 위한 별도의 가열장치가 구비되지 않고, 열분해실(228)에서 바이오매스의 열분해를 위해 필요한 열은 열분해실(228)의 하측의 일차 연소실(230)로부터 상승하는 열기로부터 제공받을 수 있다.The biomass passing through the drying chamber 220 moves to the lower pyrolysis chamber 228. Pyrolysis in the pyrolysis chamber 228 is a process for obtaining a gaseous material in the biomass. When a high temperature (for example, 240 ° C) heat is applied to the biomass, the biomass is pyrolyzed and separated into gas and tar Charcoal remains as residue. The pyrolysis process is a process that does not require oxygen, and the gas phase material is mainly volatile materials of C, H, and O series. The heat required for pyrolysis of the biomass in the pyrolysis chamber 228 is supplied to the pyrolysis chamber 228 from the primary combustion chamber 230 on the lower side of the pyrolysis chamber 228, It can be provided from the rising heat.

열분해실(228)을 통과한 바이오매스는 그 하측의 일차 연소실(230)로 이동한다. 일차 연소실(230)에서의 연소 공정(Combustion)은 환원(Reduction)을 위한 열을 발생시키는 공정이다. 주로 열분해 공정에서 발생한 타르 가스와 차(char)를 주연료로 하여 연소가 이루어진다. 연소 공정에서 발생하는 CO₂와 H₂O는 다음 공정인 환원 공정에서 아래에 나타낸 반응식과 같이 반응하여 그 발생량이 감소하게 된다.The biomass that has passed through the pyrolysis chamber 228 moves to the lower primary combustion chamber 230. Combustion in the primary combustion chamber 230 is a process for generating heat for reduction. Combustion is mainly carried out using tar gas and char generated in the pyrolysis process as the main fuel. CO ₂ and H ₂ O generated in the combustion process are reacted as shown in the following reaction formula in the reduction process of the next process, and the amount of generated CO ₂ and H ₂ O is reduced.

CO₂ + O₂ --> 2COCO ₂ + O ₂ -> 2CO

H₂O + C --> H₂ + CO H ₂ O + C - > H ₂ + CO

일차 연소실(230)에서 바이오매스를 일부만 연소시키기 위해 일차 연소실(230)에는 불완전연소 구간이 형성되어야 한다. 일차 연소실(230)에서 불완전연소 구간을 적절하게 형성시키기 위해 일차 연소실(230)에는 2개의 급기 구간이 마련된다. 일차 연소실(230)에는 공기 공급기(232)를 통해 공기가 공급된다. 공기 공급기(232)는 공기 공급관(233)과, 복수의 공기 분사관(236)과, 공기 펌프(238)를 포함한다.In the primary combustion chamber 230, an incomplete combustion zone must be formed in the primary combustion chamber 230 in order to partially burn the biomass. In order to appropriately form an incomplete combustion section in the primary combustion chamber 230, two primary air supply sections are provided in the primary combustion chamber 230. Air is supplied to the primary combustion chamber 230 through the air supplier 232. The air supply 232 includes an air supply pipe 233, a plurality of air injection pipes 236, and an air pump 238.

도 2 및 도 4에 나타낸 것과 같이, 공기 공급관(233)은 일차 연소실(230)의 상측으로 공기를 공급하기 위해 열분해실(228)에 설치된다. 공기 공급관(233)에는 하측의 일차 연소실(230)을 향하는 복수의 노즐(234)이 일정한 간격으로 이격되도록 구비된다. 복수의 노즐(234)을 통해 일차 연소실(230)을 향해 하측으로 분사되는 공기는 환원실(240)에서 만들어지는 합성가스공기가 상승하는 것을 막아 줄 수 있다. 공기 공급관(233)에는 공기의 공급을 조절하기 위한 밸브(235)가 설치된다.As shown in FIGS. 2 and 4, the air supply pipe 233 is installed in the pyrolysis chamber 228 to supply air to the upper side of the primary combustion chamber 230. A plurality of nozzles 234 facing the lower primary combustion chamber 230 are spaced apart from each other by a predetermined distance. The air injected downward toward the primary combustion chamber 230 through the plurality of nozzles 234 can prevent the syngas air generated in the reduction chamber 240 from rising. The air supply pipe 233 is provided with a valve 235 for regulating the supply of air.

그리고 도 2 및 도 5에 나타낸 것과 같이, 복수의 공기 분사관(236)은 하우징(210)의 벽에 외주연을 따라 방사상으로 설치된다. 복수의 공기 분사관(236)은 일차 연소실(230)의 중앙을 향해 하향 경사지게 배치되어 일차 연소실(230)의 중앙 하측으로 공기를 분사한다. 복수의 공기 분사관(236)을 통해 분사되는 공기는 환원실(240)에서 만들어지는 합성가스가 상승하는 것을 막아 줄 수 있다. 공기 분사관들(236)에는 각각 공기의 공급을 조절하기 위한 밸브(237)가 설치된다.As shown in FIGS. 2 and 5, a plurality of air injection pipes 236 are installed radially along the outer periphery of the wall of the housing 210. The plurality of air injection pipes 236 are arranged to be inclined downward toward the center of the primary combustion chamber 230 to inject air toward the lower center of the primary combustion chamber 230. The air injected through the plurality of air injection pipes 236 can prevent the syngas produced in the reduction chamber 240 from rising. The air injection pipes 236 are each provided with a valve 237 for controlling the supply of air.

공기 공급기(232)를 통해 일차 연소실(230)로 공급되는 공기는 바이오매스 가스화 장치(200)에서 만들어지는 고온의 합성가스와 열교환하여 고온(예컨대, 250℃)으로 가열된 공기이다. 합성가스 열교환기(350)는 고온의 합성가스를 공냉식으로 냉각시키는데, 합성가스를 냉각시키기 위해 합성가스 열교환기(350)에 공급되어 합성가스와 열교환하여 가열된 공기가 공기 펌프(238)에 의해 공기 공급관(233) 및 공기 분사관(236)으로 공급된다.The air supplied to the primary combustion chamber 230 through the air supplier 232 is air heated to a high temperature (for example, 250 DEG C) by heat exchange with the high-temperature syngas produced in the biomass gasifier 200. [ The syngas heat exchanger 350 cools the high-temperature syngas by air cooling. The syngas heat exchanger 350 is supplied to the syngas heat exchanger 350 for cooling the syngas, The air supply pipe 233, and the air discharge pipe 236, respectively.

이렇게 합성가스 열교환기(350)에서 사용되고 배출되는 가열 공기를 일차 연소실(230)에서 바이오매스를 연소시키기 위한 공기로 사용하면 일차 연소실(230)에서의 연소 효율을 높일 수 있다. 즉, 상온의 공기를 일차 연소실(230)에 공급하면 일차 연소실(230)의 바이오매스가 공급 공기에 의해 냉각되어 바이오매스의 연소 효율이 떨어질 수 있는데, 가열 공기를 이용하면 그러한 문제를 줄일 수 있다. 물론, 상온의 공기나 다른 장치로 가열된 공기가 일차 연소실(230)에 공급될 수 있다.When the heated air discharged from the syngas heat exchanger 350 is used as air for burning the biomass in the primary combustion chamber 230, the combustion efficiency in the primary combustion chamber 230 can be increased. That is, if air at room temperature is supplied to the primary combustion chamber 230, the biomass of the primary combustion chamber 230 may be cooled by the supply air to lower the combustion efficiency of the biomass. . Of course, air at room temperature or air heated by another apparatus can be supplied to the primary combustion chamber 230.

도면에 나타내지는 않았으나, 일차 연소실(230)에는 바이오매스를 점화시키기 위한 점화장치가 설치될 수 있다. 점화장치가 바이오매스가 투입되기 시작하는 초기에 한번 작동하여 바이오매스를 점화시키면, 이후에는 점화장치가 작동하지 않아도 일차 연소실(230)에서 연소되는 바이오매스의 불꽃에 의해 일차 연소실(230)로 유입되는 바이오매스가 지속적으로 연소할 수 있다.Although not shown in the drawing, an ignition device for igniting the biomass may be installed in the primary combustion chamber 230. When the biomass is ignited by the ignition device at the beginning of the start of the biomass injection, the biomass is introduced into the primary combustion chamber 230 by the flame of the biomass burned in the primary combustion chamber 230 Biomass can be continuously burned.

일차 연소실(230)에서 일차 연소된 바이오매스는 일차 연소실(230) 하측의 환원실(240)로 이동한다. 환원실에서의 환원 공정(Reduction)은 바이오매스의 가스화가 완성되는 공정이다. 연소 공정에서 발생하는 CO₂와 H₂O(Vapor)가 바이오매스 숯의 베드(Bed)층을 통과하면서 가스 중의 산소가 고온의 C와 반응하여 환원됨으로써 2CO와 H₂ + CO로 반응하게 된다. 이때 연소 가스는 다시 합성가스(2CO, H₂)로 전환된다.The biomass that is firstly combusted in the primary combustion chamber 230 moves to the reduction chamber 240 below the primary combustion chamber 230. The reduction process in the reduction chamber is a process in which the gasification of the biomass is completed. As CO ₂ and H ₂ O (vapor) generated in the combustion process pass through the bed layer of biomass char, oxygen in the gas reacts with the high temperature C and is reduced to react with ₂ CO and H ₂ + CO. At this time, the combustion gas is again converted into synthesis gas (2CO, H ₂ ).

일차 연소실(230)을 통과한 바이오매스는 질량이 약 50%이상 감소하므로, 효율적인 환원 구간을 유지하기 위해서 환원실(240)은 일차 연소실(230)에 비해 약 50% 감소된 단면적을 갖는다. 이를 통해 환원실(240)에서 적정한 환원 구간 높이를 확보할 수 있다. 일차 연소실(230)의 바이오매스가 환원실(240)로 원활하게 유입될 수 있도록 일차 연소실(230)을 구획 형성하는 하우징(210)의 내벽(212) 하측에는 축소부(242)가 구비된다. 축소부(242)는 환원실(240) 쪽으로 점진적으로 단면적이 감소하는 형상을 갖는다.Since the mass of the biomass passing through the primary combustion chamber 230 is reduced by about 50% or more, the reduction chamber 240 has a cross-sectional area reduced by about 50% as compared with the primary combustion chamber 230 in order to maintain an efficient reduction period. This makes it possible to secure a proper reduction section height in the reduction chamber (240). A reducing portion 242 is provided under the inner wall 212 of the housing 210 which divides the primary combustion chamber 230 so that the biomass of the primary combustion chamber 230 can smoothly flow into the reducing chamber 240. The reducing portion 242 has a shape in which the sectional area gradually decreases toward the reducing chamber 240.

환원실(240)을 둘러싸는 하우징(210)의 내벽(212)에는 환원실(240)에서 생성되는 합성가스를 환원실(240)에서 배출하기 위한 복수의 가스 배출구멍(244)이 마련된다. 그리고 환원실(240) 둘레의 내벽(212)과 외벽(211) 사이에는 내벽(212)의 복수의 가스 배출구멍(244)과 연결되는 가스 포집실(246)이 형성된다. 복수의 가스 배출구멍(244)을 통해 환원실(240)에서 배출되는 합성가스는 가스 포집실(246)에 모여서 하우징(210)의 외벽(211)에 연결되는 가스 수취관(248)을 통해 하우징(210) 외부로 배출된다.A plurality of gas discharge holes 244 are formed in the inner wall 212 of the housing 210 surrounding the reduction chamber 240 to discharge the synthesis gas generated in the reduction chamber 240 from the reduction chamber 240. A gas collection chamber 246 is formed between the inner wall 212 and the outer wall 211 around the reduction chamber 240 and connected to the plurality of gas discharge holes 244 of the inner wall 212. The syngas discharged from the reduction chamber 240 through the plurality of gas discharge holes 244 is collected in the gas collection chamber 246 and discharged through the gas collection pipe 248 connected to the outer wall 211 of the housing 210, (210).

이와 같이, 환원실(240) 둘레의 외벽(211)과 내벽(212) 사이에 가스 포집실(246)을 마련하여 가스 수취관(248)을 가스 포집실(246)에 연결되도록 설치하면 환원실(240)에서 생성되는 합성가스를 더욱 효과적으로 수거할 수 있다. 즉, 가스 수취관을 통해 환원실(240)로부터 직접 합성가스를 수거하려면 가스관의 설치가 어려울뿐만 아니라, 환원실(240) 전체에 대해 합성가스를 균일하고 신속하게 배출하기 어렵다. 따라서 환원실(240)을 둘러싸는 내벽(212) 둘레를 따라 복수의 가스 배출구멍(244)을 고르게 형성하여 이들 가스 배출구멍(244)을 통해 합성가스를 가스 포집실(246)에 포집한 후 가스 포집실(246)로부터 합성가스를 수취하면, 환원실(240) 전체로부터 합성가스를 균일하고 신속하게 배출할 수 있고 합성가스 수거 효율을 높일 수 있다. 상기 가스 수취관(248)에는 흡입펌프 등이 연결될 수 있으며, 이와 같이 흡입 펌프 등이 연결되면 합성가스의 신속한 수거와 더불어 일차 연소실(230)과 이차 연소실(250)로 공급되는 공기의 흐름을 자연스럽게 유도할 수 있다.When the gas collecting chamber 246 is provided between the outer wall 211 and the inner wall 212 around the reducing chamber 240 so that the gas collecting tube 248 is connected to the gas collecting chamber 246, The syngas generated in the syngas 240 can be collected more effectively. In other words, it is difficult to install the gas pipe in order to collect the synthesis gas directly from the reduction chamber 240 through the gas intake pipe, and it is difficult to uniformly and promptly discharge the synthesis gas to the reduction chamber 240 as a whole. A plurality of gas discharge holes 244 are uniformly formed along the inner wall 212 surrounding the reduction chamber 240 and the synthesis gas is collected in the gas collection chamber 246 through these gas discharge holes 244 When the synthesis gas is received from the gas collection chamber 246, the synthesis gas can be uniformly and quickly discharged from the entire reduction chamber 240, and the synthesis gas collection efficiency can be enhanced. A suction pump or the like may be connected to the gas intake pipe 248. When the suction pump or the like is connected as described above, the syngas can be quickly collected and the flow of air supplied to the primary combustion chamber 230 and the secondary combustion chamber 250 can be smoothly .

환원실(240)을 통과하는 바이오매스의 숯은 이차 연소실(250)로 이동한다. 이차 연소실(250)로 유입된 숯에 공기를 공급해주면서 CO₂, H₂O를 발생시키고, 이를 다시 환원 구간의 숯의 베드 층을 통과시키면 가스 중의 산소가 고온의 C와 반응하여 환원되어 2CO와 H₂ + CO로 반응하게 된다. 이와 같이, 환원실(240)의 상측과 하측에 각각 일차 연소실(230)과 이차 연소실(250)을 마련하면 환원실(240)에서 환원 반응을 촉진할 수 있어 합성가스 발생율을 높일 수 있다.The char of the biomass passing through the reduction chamber 240 moves to the secondary combustion chamber 250. When CO ₂ and H ₂ O are generated while supplying air to the char into the char combustion chamber 250 and then passed through the bed layer of the char in the reducing section, oxygen in the gas reacts with the high temperature C to be reduced, H ₂ + CO. As described above, when the primary combustion chamber 230 and the secondary combustion chamber 250 are provided on the upper and lower sides of the reduction chamber 240, the reduction reaction can be promoted in the reduction chamber 240, and the synthesis gas generation rate can be increased.

도면에 나타내지는 않았으나 이차 연소실(250)에는 점화장치가 설치될 수 있다.Although not shown, an ignition device may be installed in the secondary combustion chamber 250.

도 2 및 도 6을 참조하면, 이차 연소실(250)의 하측에는 고정 베드(252)가 설치된다. 고정 베드(252)는 상측의 이차 연소실(250)과 하측의 재 수거실(272)을 구획한다. 고정 베드(252)에는 복수의 통공(253)이 구비된다. 복수의 통공(253)을 통해 이차 연소실(250)의 재가 재 수거실(272)로 유입되고, 재 수거실(272)의 공기가 이차 연소실(250)로 공급된다.Referring to FIGS. 2 and 6, a fixed bed 252 is installed below the secondary combustion chamber 250. The fixed bed 252 separates the upper secondary combustion chamber 250 and the lower re-storage chamber 272. The fixed bed 252 is provided with a plurality of through holes 253. The ash of the secondary combustion chamber 250 flows into the rearrangement chamber 272 through the plurality of through holes 253 and the air in the rearrangement chamber 272 is supplied to the secondary combustion chamber 250.

고정 베드(252)의 상측에는 연소 교반기(255)가 설치된다. 연소 교반기(255)는 교반 블레이드(256)와, 모터(268)와, 동력전달기구(269)를 포함한다. 모터(268)는 하우징(210)의 외측에 설치된다. 모터(268)의 구동력이 동력전달기구(269)를 통해 교반 블레이드(256)에 전달되어 교반 블레이드(256)가 회전하면서 이차 연소실(250)의 숯 또는 재를 교반하게 된다. 교반 블레이드(256)는 이차 연소실(250)에서 숯 또는 재를 교반하면서 공기를 공급하는 역할을 한다. 교반 블레이드(256)가 고정 베드(252) 위에서 회전함으로써 이차 연소실(250)의 재가 고정 베드(252)의 통공들(253)을 통해 원활하게 재 수거실(272)로 떨어질 수 있다.A combustion stirrer 255 is provided above the fixed bed 252. The combustion stirrer 255 includes a stirring blade 256, a motor 268, and a power transmission mechanism 269. The motor 268 is installed outside the housing 210. The driving force of the motor 268 is transmitted to the stirring blade 256 through the power transmitting mechanism 269 and the stirring blade 256 is rotated to stir the char or material of the secondary combustion chamber 250. The stirring blade 256 serves to supply air while stirring the char or ash in the secondary combustion chamber 250. The stirring blade 256 is rotated on the fixed bed 252 so that the ash of the secondary combustion chamber 250 can smoothly fall into the re-water storage chamber 272 through the through holes 253 of the fixed bed 252.

도 7에 나타낸 것과 같이, 교반 블레이드(256)는 공기를 분사할 수 있는 구조를 갖는다. 도 7에서 (a)는 교반 블레이드(256)의 평면도, (b)는 정면도, (c)는 측단면도이다. 교반 블레이드(256)는 동력전달기구(269)에 결합되어 회전하는 회전부재(257)와, 회전부재(257)를 사이에 두고 서로 반대 방향으로 연장되도록 회전부재(257)에 결합되는 한 쌍의 날개(258)와, 한 쌍의 날개(258)에 각각 결합되는 한 쌍의 스크레이퍼(259)를 포함한다. 회전부재(257)와 날개(258) 및 스크레이퍼(259)에는 각각 공기가 유동할 수 있는 통로(260)(261)(262)가 마련된다. 그리고 날개(258) 및 스크레이퍼(259)에는 공기를 분사하는 공기 분사구멍(263)(264)이 각각 형성된다. 교반 블레이드(256)가 이차 연소실(250)의 숯 속에서 회전할 때 날개(258) 및 스크레이퍼(259)의 공기 분사구멍(263)(264)을 통해 공기가 숯 속으로 분사된다. 이렇게 교반 블레이드(256)로 숯을 휘저으며 숯 속에 공기를 분사함으로써 숯을 더욱 효율적으로 연소시킬 수 있다.As shown in Fig. 7, the stirring blade 256 has a structure capable of jetting air. 7A is a plan view of the stirring blade 256, FIG. 7B is a front view, and FIG. 7C is a side sectional view. The agitating blade 256 includes a rotating member 257 coupled to the power transmitting mechanism 269 and a pair of rotating members 257 coupled to the rotating member 257 so as to extend in opposite directions to each other with the rotating member 257 interposed therebetween A wing 258, and a pair of scrapers 259 coupled to the pair of wings 258, respectively. The rotating members 257, the blades 258 and the scrapers 259 are provided with passages 260 (261) and 262 (262) through which air can flow, respectively. The wing 258 and the scraper 259 are respectively provided with air injection holes 263 and 264 for spraying air. Air is injected into the charcoal through the air injection holes 263 and 264 of the blades 258 and the scrapers 259 when the agitating blade 256 rotates in the char of the secondary combustion chamber 250. [ By stirring the charcoal with the stirring blade 256 and injecting air into the charcoal, the charcoal can be burned more efficiently.

스크레이퍼(259)는 고정 베드(252)와 평행한 바닥부(265)와 바닥부(265)와 예각을 이루도록 연결되는 경사부(266)를 갖는다. 바닥부(265)와 경사부(266)가 연결되는 스크레이퍼(259)의 팁부(267)는 교반 블레이드(256)의 회전 방향을 기준으로 스크레이퍼(259)의 최선단에 위치한다. 즉, 스크레이퍼(259)는 날개(258)에서 외측으로 가면서 점진적으로 높이가 낮아지는 형상을 갖는다. 이러한 형상은 재 속에서 이동 저항을 줄이기 위한 것이다. 스크레이퍼(259)는 교반 블레이드(256)의 회전 방향을 기준으로 날개(258)의 선단에 배치되므로 재 속에서 날개(258)의 이동 저항 역시 스크레이퍼(259)에 의해 감소하게 된다.The scraper 259 has a bottom portion 265 parallel to the fixed bed 252 and an inclined portion 266 connected to the bottom portion 265 at an acute angle. The tip portion 267 of the scraper 259 to which the bottom portion 265 and the inclined portion 266 are connected is positioned at the best end of the scraper 259 with respect to the rotating direction of the agitating blade 256. That is, the scraper 259 has a shape gradually decreasing in height as it goes outward from the wing 258. This shape is intended to reduce the movement resistance in the ash. Since the scraper 259 is disposed at the tip of the blade 258 with respect to the rotating direction of the stirring blade 256, the moving resistance of the blade 258 in the ash is also reduced by the scraper 259.

교반 블레이드(256)의 회전부재(257)에는 공기 유입관(270)이 연결된다. 공기 유입관(270)을 통해 교반 블레이드(256)에 공기가 공급된다. 공기 유입관(270)과 교반 블레이드(256)는 로터리 조인트 등의 연결 기구에 의해 연결될 수 있다. 공기 유입관(270)으로 공급되는 공기는 상온(예컨대, 20℃)의 실외 공기이다. 상온의 공기를 교반 블레이드(256)에 지속적으로 공급해주면 고온의 열쇼크에 의한 교반 블레이드(256)의 재질 변형을 방지할 수 있다.An air inlet pipe (270) is connected to the rotating member (257) of the stirring blade (256). Air is supplied to the stirring blade 256 through the air inlet pipe 270. The air inlet pipe 270 and the stirring blade 256 may be connected by a connecting mechanism such as a rotary joint. The air supplied to the air inlet pipe 270 is outdoor air at room temperature (e.g., 20 ° C). It is possible to prevent deformation of the material of the agitating blade 256 due to high-temperature heat shock by continuously supplying air at room temperature to the agitating blade 256. [

이차 연소실(250)에서 바이오매스가 연소된 재는 고정 베드(252)의 통공들(253)을 통해 재 수거실(272)에 수거된다. 재 수거실(272)의 폭은 이차 연소실(250)의 폭보다 크다. 재 수거실(272) 상측의 내벽(212)에는 확장부(274)가 마련된다. 확장부(274)는 이차 연소실(250)에서 재 수거실(272) 쪽으로 폭이 점진적으로 커지는 형상으로 이루어져, 이차 연소실(250)에서 떨어지는 재가 재 수거실(272)로 원활하게 유입될 수 있다.The material in which the biomass is burnt in the secondary combustion chamber 250 is collected in the re-storage chamber 272 through the through holes 253 of the fixed bed 252. The width of the re-storage chamber 272 is larger than the width of the secondary combustion chamber 250. An expansion portion 274 is provided on the inner wall 212 on the upper side of the re-water storage chamber 272. The expansion portion 274 has a shape gradually increasing in width from the secondary combustion chamber 250 toward the re-water storage chamber 272 so that the ash falling from the secondary combustion chamber 250 can smoothly flow into the re-water storage chamber 272.

재 수거실(272)을 둘러싸는 내벽(212)의 확장부(274)에는 복수의 공기 유입구멍(275)이 마련된다. 복수의 공기 유입구멍(275)은 확장부(274)의 외주연을 따라 고르게 분포된다. 내벽(212)의 확장부(274)와 외벽(211) 사이에는 공기 유입실(276)이 마련되고, 이 공기 유입실(276)에 공기 주입관(278)이 연결된다. 공기 유입실(276)은 격벽(280)에 의해 그 상측의 가스 포집실(246)과 분리된다. 공기 주입관(278)을 통해 공기 유입실(276)로 유입된 공기는 복수의 공기 유입구멍(275)을 통해 재 수거실(272)로 공급된다. 그리고 재 수거실(272)로 공급된 공기는 고정 베드(252)의 복수의 통공(253)을 통해 이차 연소실(250)로 유입됨으로써 이차 연소실(250)에서 연소 효율을 높여준다. 공기 주입관(278)으로 공급되는 공기로는 합성가스 열교환기(350)에서 가열된 공기나, 상온의 외부 공기가 될 수 있다.A plurality of air inflow holes 275 are provided in the extended portion 274 of the inner wall 212 surrounding the re-water storage chamber 272. A plurality of air inlet holes 275 are evenly distributed along the outer periphery of the extension portion 274. [ An air inflow chamber 276 is provided between the expansion portion 274 of the inner wall 212 and the outer wall 211 and an air inflow pipe 278 is connected to the air inflow chamber 276. The air inlet chamber 276 is separated from the gas collection chamber 246 on the upper side by the partition 280. The air introduced into the air inflow chamber 276 through the air injection pipe 278 is supplied to the re-water compartment 272 through the plurality of air inflow holes 275. The air supplied to the re-water storage chamber 272 flows into the secondary combustion chamber 250 through the plurality of through holes 253 of the fixed bed 252, thereby enhancing the combustion efficiency in the secondary combustion chamber 250. The air supplied to the air injection pipe 278 may be air heated by the syngas heat exchanger 350 or ambient air at room temperature.

이와 같이, 재 수거실(272)을 둘러싸는 내벽(212)의 외측에 별도의 공기 유입실(276)을 마련하고, 공기 유입실(276)의 공기를 내벽(212)에 형성된 복수의 공기 유입구멍(275)을 통해 재 수거실(272)로 공급하면 재 수거실(272)에 더욱 원활하게 공기를 공급할 수 있다. 그리고 결과적으로 재 수거실(272)을 통해 이차 연소실(250)에 공기를 원활하게 공급할 수 있다. 따라서 이차 연소실(250)에서 연소 효율을 높일 수 있다.In this way, a separate air inflow chamber 276 is provided outside the inner wall 212 surrounding the re-water storage chamber 272 and the air in the air inflow chamber 276 is supplied to a plurality of air inflows The air can be supplied more smoothly to the re-water storage chamber 272 by supplying the water to the re-water storage chamber 272 through the hole 275. As a result, air can be smoothly supplied to the secondary combustion chamber 250 through the re-water storage chamber 272. Accordingly, the combustion efficiency in the secondary combustion chamber 250 can be increased.

재 수거실(272)의 하측에는 재를 모으는 호퍼부(282)가 구비된다. 호퍼부(282)는 하측으로 갈수록 그 폭이 점진적으로 축소되는 형상으로 이루어진다. 호퍼부(282)의 하단에는 재 배출부(216)가 구비되고, 재 배출부(216)에 재 배출기(218)가 설치된다. 재 수거실(272)로 떨어지는 재는 호퍼부(282)에서 재 배출부(216)로 모여 재 배출기(218)에 의해 하우징(210) 외부로 배출된다.A hopper portion 282 for collecting ash is provided on the lower side of the re-water storage chamber 272. The hopper portion 282 has a shape gradually decreasing in width toward the lower side. A re-discharge unit 216 is provided at the lower end of the hopper unit 282 and a re-discharge unit 218 is installed at the re-discharge unit 216. The ash falling from the hopper portion 282 to the ash discharge portion 216 is collected and discharged to the outside of the housing 210 by the ash discharger 218. [

상술한 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 바이오매스 가스화 장치(200)는 상측의 투입부(214)로 투입된 바이오매스가 건조실(220), 열분해실(228), 일차 연소실(230), 환원실(240) 및 이차 연소실(250)을 차례로 거치면서 가스화된다. As described above, in the biomass gasification apparatus 200 according to an embodiment of the present invention, the biomass introduced into the upper injection unit 214 is supplied to the drying chamber 220, the thermal decomposition chamber 228, the primary combustion chamber 230, The reducing chamber 240 and the secondary combustion chamber 250 in this order.

이러한 바이오매스 가스화 장치(200)는 내부에 합성가스가 생성되는 환원실(240)을 사이에 두고 2개의 연소 구역이 마련되고 바이오매스의 건조와 저온 탄화 및 가스의 분해는 환원실(240)의 상부에서 일어나는 것으로, 종래의 상향류식 장치와 하향류식 장치의 장점을 모두 갖는다. 즉, 종래의 바이오매스 가스화 장치에 비해 타르(tar) 및 더스트 발생이 적고 열분해 효율이 높아 가스화 효율이 우수하다.In this biomass gasifier 200, two combustion zones are provided through a reduction chamber 240 in which a synthesis gas is generated, and the biomass is dried and decomposed at a low temperature, Which has both the advantages of conventional upflow type devices and downflow type devices. That is, compared with the conventional biomass gasification apparatus, the generation of tar and dust is small and the pyrolysis efficiency is high, so that the gasification efficiency is excellent.

본 발명에 있어서, 바이오매스 가스화 장치(200)의 공기 공급 구조나, 합성가스 수취 구조, 재 배출 구조 등 바이오매스 가스화 장치(200)의 구체적인 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.In the present invention, the specific structure of the biomass gasification apparatus 200 such as the air supply structure of the biomass gasification apparatus 200, the syngas receiving structure, the re-exhaust structure, etc. is not limited to the illustrated structure, .

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
The embodiments of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, these modifications and variations are intended to fall within the scope of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

100 : 바이오매스 발전설비 200 : 바이오매스 가스화 장치
210 : 하우징 211 : 외벽
212 : 내벽 214 : 투입부
216 : 재 배출부 220 : 건조실
221 : 확산부 222 : 건조 교반기
228 : 열분해실 230 : 일차 연소실
232 : 공기 공급기 233 : 공기 공급관
234 : 노즐 236 : 공기 분사관
240 : 환원실 242 : 축소부
244 : 가스 배출구멍 246 : 가스 포집실
248 : 가스 수취관 250 : 이차 연소실
252 : 고정 베드 255 : 연소 교반기
270 : 공기 유입관 272 : 재 수거실
274 : 확장부 276 : 공기 유입실
278 : 공기 주입관 282 : 호퍼부100: Biomass power plant 200: Biomass gasifier
210: housing 211: outer wall
212: inner wall 214:
216: re-discharge part 220: drying chamber
221: diffusion part 222: dry stirrer
228: Pyrolysis chamber 230: Primary combustion chamber
232: air supply 233: air supply pipe
234: Nozzle 236: Air Injection Pipe
240: reduction chamber 242:
244: gas discharge hole 246: gas collecting chamber
248: Gas collecting pipe 250: Secondary combustion chamber
252: Fixed bed 255: Combustion stirrer
270: Air inlet pipe 272:
274: Extension part 276: Air inflow chamber
278: Air inlet tube 282: Hopper section

Claims

A housing having an inner space;
A charging unit provided in the housing for charging the biomass into the housing;
A drying chamber provided below the charging unit to dry the biomass introduced through the charging unit;
A pyrolysis chamber provided below the drying chamber for heating and thermally decomposing the biomass descending from the drying chamber;
A primary combustion chamber provided below the pyrolysis chamber for burning down the biomass descending from the pyrolysis chamber while supplying air;
The biomass burned down in the primary combustion chamber is stacked with char, and CO ₂ and H ₂ O (vapor) generated in the combustion process are passed through a bed layer of biomass char to produce synthesis gas (2CO, H ₂ ) A reducing chamber provided on the lower side of the primary combustion chamber to make the primary combustion chamber;
A secondary combustion chamber provided below the reduction chamber to generate CO2 and H2O while supplying air to the biomass charcoal falling in the reduction chamber, and to supply the reduced CO2 to the reduction chamber;
A fixed bed installed on the lower side of the secondary combustion chamber to support the biomass char, and having a plurality of through holes through which the biomass is burnt and the remaining material passes downward;
An air supply unit installed in the housing to supply air to the primary combustion chamber;
A gas intake pipe installed in the housing to allow a gas flow to be connected to the reduction chamber to receive the synthesis gas generated in the reduction chamber; And
And an air inflow pipe installed in the housing to supply air to the secondary combustion chamber.

The method according to claim 1,
A reusable chamber provided below the fixed bed to collect ashes falling through the plurality of through holes of the fixed bed; And
And an air inlet tube installed in the housing to be connected to the re-collection chamber for supplying air to the re-collection chamber,
Wherein air supplied to the re-collection chamber through the air injection pipe is supplied to the secondary combustion chamber through a plurality of through holes of the fixed bed.

3. The method of claim 2,
Wherein the housing includes an inner wall surrounding the drying chamber, the thermal decomposition chamber, the primary combustion chamber, the reducing chamber, the secondary combustion chamber, and an outer wall surrounding the inner wall outside the inner wall,
An air inflow chamber provided between the inner wall and the outer wall of the housing so that air can be supplied through the air inflow pipe; And
Further comprising: a plurality of air inflow holes formed in an inner wall of the housing for introducing the air in the air inlet chamber to the re-collection chamber.

The method according to claim 1,
Wherein the housing includes an inner wall surrounding the drying chamber, the thermal decomposition chamber, the primary combustion chamber, the reducing chamber, the secondary combustion chamber, and an outer wall surrounding the inner wall outside the inner wall,
A plurality of gas discharge holes formed in the inner wall to discharge a syngas produced in the reduction chamber from the reduction chamber; And
And a gas collecting chamber provided between the inner wall and the outer wall of the housing for collecting the syngas discharged from the plurality of gas discharging holes, the gas collecting chamber being connected to the gas collecting pipe so as to allow gas flow therethrough Biomass gasifier.

The method according to claim 1,
An agitating blade rotatably installed in the secondary combustion chamber for agitating the biomass charcoal and ashes of the secondary combustion chamber, a motor for rotating the agitating blade, and a pump for injecting air supplied by the air inlet pipe into the secondary combustion chamber Further comprising: a combustion agitator having a plurality of air injection holes formed in the stirring blade to be connected to the air inlet pipe.

6. The method of claim 5,
Wherein the air inlet pipe supplies external air at room temperature to the stirring blade.

The method according to claim 5 or 6,
Wherein the stirring blade of the combustion stirrer includes: a rotating member that rotates by receiving a rotational force from the motor; at least one blade extending outward from the rotating member and having a part of the plurality of air injection holes; And a scraper coupled to a front end of the blade with respect to a rotating direction of the stirring blade so that a height of the blade is progressively lowered and a part of the plurality of air injection holes is formed.

The method according to claim 1,
Further comprising a drying agitator having an agitating blade rotatably installed in the drying chamber for agitating the biomass flowing into the drying chamber, and a motor rotating the agitating blade.

The method according to claim 1 or 8,
Further comprising a diffusion member installed on the upper side of the drying chamber so as to gradually increase the area from the upper side to the lower side in order to diffuse the biomass supplied to the drying chamber through the introduction unit in the drying chamber, Mass gasifier.

The method according to claim 1,
Wherein the air supply unit includes an air supply pipe provided on the upper side of the primary combustion chamber and having a plurality of nozzles for spraying air in a downward direction from the upper side of the primary combustion chamber, And a plurality of air injection pipes for supplying air downwardly inclined toward the center.