KR101721823B1

KR101721823B1 - 가연성 폐기물 및 바이오매스 자원을 이용하는 상향식 가스화 반응기

Info

Publication number: KR101721823B1
Application number: KR1020150155526A
Authority: KR
Inventors: 정동규
Original assignee: 정동규
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2017-04-10

Abstract

본 발명은 도시고형쓰레기(MSW: Municipal Solid Waste), RDF(Refuse Derived Fuel), 하수슬러지(sewage sludge)와 이들의 혼합물등의 가연성 폐기물과 목질계 바이오매스(Biomass) 등의 공급원료(feedstock)를 가스화시켜 신재생 연료(Renewable fuel)인 합성가스(Syngas)를 만들 수 있는 상향식 가스화 반응기(updraft gasification reactor)에 관한 것으로서, 상기 가스화 반응기에는 내부 발생가스를 이용한 밀폐식 공기차단 투입장치가 있으며, 또한 상기 가스화 반응기는 연소회재(combustion ash)를 원활히 배출시킬 수 있는 회재 배출기능과 동시에 초기 점화를 위한 예혼합 점화버너(premixed ignition burner) 기능을 갖춘 회재배출장치가 있으며, 또한 상기 가스화 반응기는 밀폐상태에서 배출된 회재를 수냉각하고 침전된 회재슬러지를 원활히 배출시킬 수 있는 회재 슬러지이송장치로 구성되는 기술분야에 관한 것이다.

Description

가연성 폐기물 및 바이오매스 자원을 이용하는 상향식 가스화 반응기 {Updraft gasification reactor using combustable waste and biomass resources}

본 발명은 도시고형쓰레기(MSW: Municipal Solid Waste), RDF(Refuse Derived Fuel), 하수슬러지(sewage sludge)와 이들 혼합물등의 가연성 폐기물과 목질계 바이오매스(Biomass)등의 공급원료(feedstock)를 가스화시켜 신재생 연료(Renewable fuel)인 합성가스(Syngas)를 만들 수 있는 상향식 가스화 반응기(updraft gasification reactor)에 관한 것으로서, 상기 가스화 반응기에는 내부 생성가스(producer gas)를 이용한 밀폐식 공기차단 투입장치가 있고, 또한 상기 가스화 반응기는 연소회재(combustion ash)를 원활히 배출시킬 수 있는 회재배출장치와 그 내부에 초기 점화를 위한 예혼합 점화버너(premixed ignition burner) 장치를 갖추며, 또한 상기 가스화 반응기는 밀폐상태에서 수냉각된 회재를 원활히 배출시킬 수 있는 수냉각챔버와 회재 슬러지이송장치로 구성되는 가스화 반응기 기술분야에 관한 것이다.

가스화 반응기는 목질계 바이오매스 및 석탄가스화 반응기술에서 시작되어 최근에 도시고형쓰레기(MSW), RDF, 1차 건조된 하수슬러지등을 친환경적으로 가스화시켜 신재생에너지인 합성가스(Syngas)를 만드는데 실용화되고 있다. 가스화 반응기는 주로 고정층(Fixed bed)과 유동층(Fluidized bed) 형태로 실용화 되어 있는데, 본 발명은 고정층중에서 공급원료는 상부에서 투입되고, 하부로 이동하며 가스화가 되고, 연소재는 하부로 낙하하며, 생성가스(producer gas)는 연소(combustion), 가스화(gasification), 열분해(pyrolysis) 및 건조(dry)를 거쳐 하부에서 상부로 통과하며 배출되는 상향식 가스화 반응기(updraft gasification reactor)에 관한 기술이다.
목질계 바이오매스를 가스화시켜 생성가스(producer gas) 나 합성가스(syngas)를 만드는 가스화 반응기의 실용화 개발은 이미 전세계적으로 실적이 풍부하다. 그러나 도시고형쓰레기(MSW), RDF와 하수슬러지등의 가연성폐기물을 가스화시켜 합성가스를 만드는 가스화 반응기 기술은 상대적으로 최근 2000년대 들어서 대량소각 방식의 문제점(대량의 유해물질과 CO2 발생 및 낮은 에너지전환율)을 해결하기 위해 개발되고 있다.
그러나 대부분의 고정층 가스화기는 원통형으로서 일 200톤급 이상의 대용량 설비는 직경이 10m 이상 이어서, 내부 가스의 균일한 흐름을 유지하기 어렵고, 제작과 운송이 어려우며, 연소를 위한 산소 또는 공기공급이 중심부까지 원활하게 도달하지 못하며, 연소재를 처리하는 데 있어서도 원뿔형태의 호퍼에 연소회재가 집중됨으로써 그레이트(grate)의 막힘 현상이 심해서 단일 장치로서 대량의 공급원료(feedstock)를 처리하기 어려운 점이 많다.
또한, 공급원료를 투입하는 투입장치는 외부공기를 차단하기 위해 이중 차단밸브를 사용하고 불활성가스인 질소(N2)나 아르곤(Ar)으로 잔류공기를 배출하고 있으나, 고가의 불활성가스 소비가 많으며 차단시스템이 복잡하다.
더욱이, 원통형 고정층(fixed bed) 가스화 반응기에서는 대부분이 연소회재를 배출시키는 방식으로 단순 고정형 그레이트(grate), 스크래퍼(scraper)식 재수집장치, 푸셔(pusher)방식 재수집장치, 회전형 그레이트등과 같은 장치를 많이 사용하는데, 미연소 이물질이 그레이트에 막히는 경우가 많아 연속운전 및 유지보수 에 애로 사항이 많다.
상기와 같은 애로사항을 해결하기 위한 발명과 관련된 선행기술을 다음과 같이 조사하여 요약한다.
특허문헌 1 의 발명내용에는 원통형 가스화 반응기 시스템에서 연속적 공급원료(feedstock) 투입구의 외부공기의 차단방법과 연소회재 배출을 위한 회전형 그레이트를 고안하였다. 투입구의 외부공기 차단방식은 2단 나이프밸브(knife valve)를 사용하고 투입구내부의 잔류공기는 질소(N2)나 아르곤(Ar)을 이용하였다. 또한, 연소회재 배출은 회전형 그레이트를 사용하여 교란을 유도해 배출을 용이하게 하고 회전축의 통공을 통해 가스화제(gasification agent : 공기 또는 산소 또는 스팀 혼합물)가 공급되어 연소를 시킨다.
특허문헌 2 에는 가스화 반응기의 그레이트(grate)에 관한 발명으로 연소회재를 회전분쇄하여 배출하는 그레이트가 고안되어 있다.
특허문헌 3 은 원통형 가스화 반응기의 원형 그레이트 배관에 다수의 공기주입구를 연결하여 공기주입과 그레이트 냉각기능을 하며, 그 하부에는 낙하한 연소재를 회전하는 스크래퍼에 의해 이송콘베이어로 배출시키는 장치가 고안되었다.
특허문헌 4 는 원통형 가스화반응기 하부에 그레이트가 경사져 있고, 그 위에 유압실린더로 연결된 푸셔(pshuher)가 연소회재를 중심으로 수집해 주고, 수집된 회재는 스크류콘베이어를 타고 배출되는 회재배출 시스템을 고안하였다.

특허문헌 1 : KR 10-2008-0051-041(2008. 05. 30), 한국에너지기술연구원 특허문헌 2 : US 8591608 B2 (Nov.26,2013) "Gasifier Ash Processing Subsystem" 특허문헌 3 : US 4601730 Jul.22,1986 Air supply grate and ash removal system 특허문헌 4 : EP2589870(A1)-2013-05-08, Updraft gasifier comprising a grate

논문 1 : C. Mandle 외, "Modelling of an updraft fixed-bed gasifier operated with sowftwood pellets", FUEL 89(2010) 3795-3806 논문 2 : Umberto Arena, "Process and technologies aspects of municipal solid waste gasification. A review", Waste Management 32 (2012) 625-639

가스화 반응기(gasification reactor)의 대용량화에 한계가 많은 원통형 가스화 반응기를 대체할 수 있는 직육면체 형상의 가스화 반응기 설계기술과, 도시쓰레기(MSW)와 바이오매스(biomass)와 같은 공급원료(feedstock)의 불균질한 연소회재(combustion ash)로 인해 막힘현상이 빈번한 그레이트(grate)나 그 보조장치에 대해서 보다 원활하게 배출하기 위한 회재 배출장치에 관한 기술과, 상기 직육면체형상의 가스화 반응기에서 나타날 수 있는 길이 방향으로의 불균일한 점화와 연소를 균일하게 보장할 수 있는 점화장치 기술 및 가스화제(gasification agent : 공기 또는 산소 또는 스팀 혼합물)주입구의 배치 기술과, 상기 직육면체 형상의 가스화 반응기에서 발생된 연소회재를 적절히 밀폐상태에서 수냉각하고 그 슬러지를 원활하게 배출시킬 수 있는 슬러지 이송장치등의 기술이 주요 해결해야 할 과제이다.

본 발명은 상향식 가스화 반응기(updraft gasification reactor)의 대용량화에 적합한 직육면체 형상의 본체와, 공급연료(feedstock)를 연속적으로 공급하면서 외부공기의 유입을 차단할 수 있도록 하는 투입장치와, 연소회재(combustion ash)를 원활하게 배출할 수 있는 교란식 회재배출장치(ash discharge device)와, 가스화 반응기의 길이 방향으로 배치되는 점화버너(ignition burner) 및 가스화제(gasification agent: 공기 또는 산소 또는 스팀 혼합물) 주입구와, 회재의 냉각과 슬러지 배출을 용이하게 하는 밀폐식 냉각챔버(cooling chamber)와 슬러지이송장치등으로 구성되는 기술을 고안하고 자 한다.

최근에 도시고형쓰레기(MSW)의 처리에 있어서 대량소각방식보다 더욱 친환경적인 가스화반응방식이 선호되는 상황에서 직육면체형의 가스화 반응기를 고안함으로써 원통형 가스화 반응기의 용량한계를 극복할 수 있게 된다.
공급연료를 연속적으로 투입하면서 외부공기를 차단하고 동시에 투입구 내부의 잔류공기를 내부 발생가스를 이용하여 제거할 수 있는 밀폐식 투입장치를 고안함으로써 고가의 충진용 질소(N2)의 소비를 억제할 수 있게 된다.
또한, 육면체형 가스화 반응기의 길이 방향으로 균일한 초기 점화와 가스화제의 공급이 가능하도록 장치를 고안함으로써 가스화 반응기 전체적인 균일한 연소, 가스화, 열분해 및 건조가 이뤄질 수 있게 된다.
연소회재의 배출을 위한 좌우 교란식 회재 배출장치가 고안됨으로써 기존의 그레이트(grate)방식에서 나타나는 회재의 막힘현상이 감소하고 불균질 연소회재의 원활한 배출이 가능해지게 된다.
초기 점화를 위한 예혼합버너가 회재배출장치의 내부에 통합되어 있어 길이방향의 균일한 화염을 제공할 수 있으며, 정상연소를 위한 보조 가스화제주입 기능도 할 수 있게 된다.
고온의 연소회재를 냉각할 수 있는 밀폐식 수냉챔버(Cooling chamber)와 회재슬러지 이송장치를 갖춤으로써 원활한 회재의 회수가 가능해지게 되는 효과가 있다.

도 1 : 본 발명에 따른 가스화 반응기의 정면도
도 2 : 본 발명에 따른 가스화 반응기의 3차원 경사측면도
도 3 : 본 발명에 따른 가스화 반응기의 우측면도
도 4 : 본 발명에 따른 연소회재 배출장치의 개략도
도 5 : 본 발명에 따른 가스화 반응기 정면과 후면의 플랜지 장착도
도 6 : 본 발명에 따른 초기점화용 예혼합가스 분사장치의 개략도
도 7 : 본 발명에 따른 투입구의 공급원료 투입절차 예시도
도 8 : 본 발명에 따른 회재배출장치의 작동실시 예시도
도 9 : 본 발명에 따른 초기점화 및 정상연소 작동실시 예시도

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 과 도 2 및 도 3 을 참조하는 바와 같이, 도 1 에서는 본 발명의 가스화 반응기 정면도를 나타내고 있으며, 도 2 는 3차원 경사측면도를 나타내고, 도 3 은 우측면도를 나타내고 있다.
도 1 을 참조한 바와 같이 공급원료(feedstock)가 투입장치(2)를 통해 가스화반응기(1)로 투입되면 본체(3) 내부에 적층되고, 건조영역(81), 열분해영역(82), 가스화영역(83)을 거치면서 생성가스(producer gas)가 발생하고, 연소영역(84)의 고온 연소가스는 상부로 이동하면서 각 영역에 열원을 공급한다. 연소 후의 회재는 회재영역(85)을 거쳐 회재배출장치(6)에 의해 하부 수냉챔버(5)로 낙하 되고, 약 350~450℃의 낙하회재(86)는 냉각수(87)에 의해 냉각되어 U자형 바닥으로 된 회재 슬러지침전부로 침전된다. 침전된 슬러지는 슬러지이송장치(7)를 통해 외부로 회수된다. 더욱 구체적인 내부 반응과정을 살펴보면, 공급원료가 투입되면 먼저 건조영역(150~200℃)에서 수분의 증발이 일어나고, 열분해영역(400~500℃)에서 수소(H2), 일산화탄소(CO, 이산화탄소(CO2) 및 메탄(CH4)가스등이 발생하며 타르(Tar)성분과 탄화물(Char)를 생성하게 되고, 연이어 가스화영역(800~1000℃)에서 탄소(C) 성분인 탄화물(Char)은 수분(H2O), 이산화탄소(CO2) 및 수소(H2)등과 경쟁반응을 하여 각각 CO, H2, CH4 등의 가스를 추가로 생성한다. 최종적으로 미반응물질과 탄화물(char)은 연소영역(1000~1200℃)에서 저산소 분위기(정상연소용 산소의 약 0.2~0.4 범위)에서 연소를 한 뒤 연소회재(combustion ash)로 남아 회재배출장치(7)에 의해 수냉챔버(5)로 배출된다.
도 1 과 도 2 및 도 3 에서 참조한 바와 같이 상기 공급원료 투입장치(2)는 외부공기의 유입을 차단하기 위해 상하부 2단으로 구성된 슬라이드게이트밸브(21,22)와, 투입장치(2) 내부의 잔류공기를 상기 가스화반응기(1)에서 발생한 가스로 희석하고 제거할 수 있도록 우회가스배출관(25, 26)과 게이트밸브(27)와 버터플라이밸브(28)로 구성되어 있다. 하부 경사부(4)에서는 다수개의 가스화제주입구(41)와 회재의 원할한 배출을 위한 회재배출장치(6)가 있으며, 그 하부에는 수냉챔버(5) 및 회재 슬러지이송장치(7)로 구성되어 있다.
상기 도 1 에서는 공급연료(feedstock)가 상부 투입장치(2)에 투입되면 상하 2개의 슬라이드게이트밸브(21, 22)가 단속적으로 열고 닫힘으로써 반응기 내부로 외부공기의 유입을 차단할 수 있게 하며, 도 3 에서 보여주는 바와 같이 투입된 공급연료는 상기 상하부 슬라이드게이트밸브(21, 22)가 닫힌 상태에서 우회가스배출관(25, 26)을 통해 투입장치(2) 내부의 잔류공기와 희석된 후에 생성가스배출관(24)에 합류하여 배출된다. 이때, 게이트밸브(27)와 버터플라이밸브(28)는 열린 상태이고 잔류공기 배출이 끝나면 상부 슬라이드게이트밸브(21)는 닫힌 상태에서 하부 슬라이드게이트밸브(22)가 열리면서 공급원료는 상기 가스화반응기(1) 내부로 투입된다. 여기서, 잔류공기와 내부가스의 혼합 및 희석과정에서 발화문제를 제기할 수 있으나, 가스화반응기 상부의 배출가스의 온도는 150℃ 전후로 운전되고 최고온도 200℃를 넘지 않도록 설정되며, 주요성분인 수소(H2), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 등과 같은 가연성 가스의 자연발화점은 각각 580℃, 641℃, 650℃ 이상이며 연소범위는 각각 4~75%, 12.5~74%, 5~15% 이기 때문에 착화원이 없는 경우에는 자연발화가 되지 않는다. 따라서, 기존의 방폭밸브(안전밸브)를 구비하고 발생가스 온도를 정밀하게 제어하면 발화문제는 해결되며 더욱이 고가의 불활성가스인 질소(N2)나 아르곤(Ar)의 소비를 없앨 수 있는 장점이 있다. 그러나 반드시 고순도의 합성가스(Syngas)를 생산해야 할 경우에는 상기 투입장치(2)내의 잔류공기는 질소나 아르곤으로 정화를 시킨 후 외부로 배출시켜야 한다.
도 2 에서는 상기 가스화반응기(1)의 투입장치(2), 본체(3), 경사부(4) 및 수냉챔버(5)와 주요 플랜지의 위치를 나타내고 있는데, 본체(3)는 정면 폭과 길이 및 높이 비가 1 : 2~3: 1.5~2의 비율을 가지는 직육면체 형상이며, 본체(3) 하부의 경사부(4)는 경사면 사잇각이 50 ~ 70°이고, 공급원료 투입장치(2)에는 우회가스배출구(23)가 있으며, 본체(3) 상부에는 생성가스배출구(31)가 있고 하부에는 유지보수용 맨홀(32)이 있으며, 경사부(4)의 좌우측면에는 가스화반응기(1)의 길이 방향으로 본체(3) 정면 폭의 10 ~ 20% 간격으로 다수의 가스화제주입구(41)가 장착되며, 수냉챔버(5)에는 회재배출장치(7)가 장착, 탈착 및 지지 되도록 특수 고안된 회재배출장치플랜지(51)와 수위관측창(52) 및 회재슬러지를 배출할 수 있는 스크류콘베이어플랜지(53)가 장착되어 있다.
도 3 에서와 같이 수냉챔버(5)에서는 낙하회재(86)가 냉각수(87)에 혼입되어 U자형 바닥에 회재슬러지(88)로 침적된다. 이때 수냉챔버(5)내의 냉각수(87)는 일정한 수위를 유지하여 외부공기를 차단하고 수온과 수위를 적절히 조절하면서 고온의 연소회재를 냉각시키고, 바닥의 슬러지는 구동모터(72)에 의해 작동되는 스크류콘베이어(71)에 실려 외부에 있는 슬러지피트(73)로 이송하고 에이프런콘베이어(74)를 통해 외부의 슬러지 저장탱크로 수송된다.
도 4 에는 연소회재 배출을 원활히 하도록 고안된 상기 회재배출장치(6)에 대한 상세 외형도를 나타내고 있는데, 삼각형 단면으로 된 회재교란판(61)이 상기 가스화반응기의 길이 방향으로 회재배출기축(62)에 연결되어 있고, 그 축은 다시 전동서보모터(68)의 회전동력을 축기어(66)와 모타기어(67)가 전달받아 일정한 각도로 회전과 역회전을 반복한다. 상기 회재배출장치(6)는 유압실린더(69a, 69b, 69c)에 의해서 지지되고 높이를 조절할 수 있도록 제어된다.
도 5 에서는 상기 가스화반응기의 본체 정면과 후면 벽체에 회재배출장치(6)의 이동, 회전, 지지, 밀폐 및 장.탈착을 위해 특별히 고안된 회재배출장치플랜지(51a, 51b)가 장착되어 있다. 정면의 회재배출장치플랜지(51a)는 장·탈착을 위해 상기 삼각형 회재교란판(61)의 외접원보다 약간 크고, 또한 회재배출장치축(62)이 상하로 이동할 수 있도록 최대이동폭보다 약간 길게 되어있다.
도 6 에 참조한 바와 같이 상기 회재배출장치(6)의 내부에는 통공으로 된 회재배출장치축(62)과, 그 축의 길이 방향으로 연결된 다수개의 쌍으로 된 분사관(63)과, 그 축의 하부에 축의 처짐을 방지하기 위한 보강판(64)이 연결되어 있다. 삼각형 모양의 상기 회재교란판(61)과 회재배출장치축(62)은 서로 분사관(63)과 보강판(64)으로 연결되어 지지를 받고 있다. 분사관(63)은 상기 가스화반응기 경사부(4)의 경사면 사이각도(50~70°)와 동일한 각도로 쌍으로 되어 있고, 축의 길이방향으로 일정한 간격(회재교란판(61) 단면 삼각형 한변 길이의 1.5 ~ 2배)으로 장착된다. 가스화 반응기의 가동 초기에 공급원료를 점화시키기 위해 예혼합가스(공기와 LPG 또는 공기와 LNG 또는 공기와 생산된 합성가스(syngas))가 가스유입구(65)로 유입되어 회재배출장치축(62)의 통공을 거쳐 각 분사관(63)을 통해 분사하여 화염을 형성한다. 또한, 정상연소(또는 정상조업)시에는 예혼합가스 대신 보조 가스화제(gasification agent : 공기, 산소 또는 스팀)가 공급되어 가스하제주입구(41)의 사각지역까지 고르게 가스화반응기 연소영역의 반응을 안정화시킨다.

가스화 반응기에 기밀을 유지하면서 연속적으로 공급원료(feedstock)를 투입하기 위한 실시예를 다음과 같은 절차대로 설명하고자 한다.
도 7 에서와 같이 먼저 투입장치(2)의 상단 슬라이드게이트밸브(21)를 닫고 공급원료를 투입한다. 상단부 호프의 적정선까지 공급원료가 쌓이면 하단부 슬라이드게이트밸브(22)와 우회가스 배관의 게이트밸브(17) 및 버터플라이밸브(16)을 모두 닫은 후 상단부 슬라이드게이트밸브(21)을 열어 공급원료를 하단부 투입부에 채운다. 이후 상단부 슬라이드게이트밸브(21)를 닫고 우회가스 배관의 게이트밸브(27) 및 버터플라이밸브(28)를 열어 내부 발생가스로 투입구 내부의 잔류공기를 배출시킨다. 일정한 설정시간 경과 후 모든 밸브는 닫고 하단부 슬라이드게이트밸브(21)만 열어 공급원료를 가스화 반응기 내부로 낙하시킨다. 이후 같은 절차를 반복적으로 수행한다. 상기와 같은 절차대로 하면 외부공기의 대량유입은 차단되며, 투입구 내부에 잔류하는 공기는 내부 발생가스와 희석되어 배출될 수 있다.

연소회재의 원활한 배출을 위해서 고안된 본 발명의 회재배출장치(6)의 구체적인 작동 실시예를 다음과 같이 설명한다.
도 8 에서 보여주는 바와 같이, 회재배출장치(6)의 위치와 회전에 따라 회재의 배출를 조절할 수 있는데, 상부에 위치하는 경우는 주로 운전 초기에 회재배출구를 닫고 공급원료에 점화를 하는 경우이고, 하부에 위치하는 경우는 연소회재에 정상배출이 어려운 큰 미연소물체나 불연성물체(금속류, 돌, 유리 등)가 배출구에 끼었을 때 빼내거나 혹은 회재배출장치(6)를 수리하기 위해 탈착하는 경우이다. 또한, 정상위치를 중심으로 회재배출장치(6)을 좌우로 일정한 각도로 회전시키면서 회재를 교란(disturbance)함으로써 원활한 배출을 유도할 수 있다. 본 발명의 실시에서는 회재배출장치(6)의 유압실린더(69a, 69b, 69c)를 제어하여 상하 이동 위치를 조절할 수 있고, 또한 전동서보모타(68)를 제어하여 회재배출장치(6)의 회전을 조절할 수 있다.

상기 회재배출장치(6)의 내부에는 초기점화를 위한 점화버너 기능과 동시에 정상연소시 일정량의 가스화제(공기, 산소, 스팀등)를 주입시킬 수 있는 기능을 고안한 발명으로 다음과 같이 실시예를 설명한다.
도 6 에서 보여주듯이 초기 점화를 위해서 예혼합된 가스(premixed gas, 공기+LPG 또는 공기+LNG 또는 공기+자체 제조된 합성가스(syngas))가 예혼합가스 유입구(65)를 통해 회재배출장치축(62)의 통공으로 유입되어 축에 연결된 쌍으로 된 다수개의 분사관(63)을 통해 화염을 형성하여 초기 점화를 시킨다. 또한, 정상연소 단계에서는 예혼합가스 대신에 가스화제(공기 또는 산소 또는 스팀)를 분사할 수도 있다.
도 9 에서는 초기점화 단계와 정상연소 단계에서 형성된 화염의 형태를 보여주고 있는데, 초기 점화시에는 좌우 쌍으로 된 분사관(63a, 63b)을 통해 예혼합가스의 연소 화염으로 점화시키고 동시에 가스화제주입구(41a, 41b)를 통해 일정량(완전연소당량의 0.2~0.3 범위)의 산소(또는 공기)를 주입시킴으로써 점화초기에 연소영역이 안정적으로 형성하도록 한다. 또한, 정상연소 단계에서는 주로 상기 가스화제주입구를 통해 가스화제(gasification agent : 공기 또는 산소 또는 스팀혼합)를 주입시키고, 분사관(63a, 63b)을 통해서는 보충 공기(또는 산소)를 분사시켜 연소장을 안정화시킬 뿐 아니라 상기 분사관 내부로 연소 회재(ash)의 역유입을 방지하도록 한다.
한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자 하는 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

1 : 가스화반응기
2 : 투입장치
3 : 본체
4 : 경사부
5 : 수냉챔버
6 : 회재배출장치
7 : 슬러지이송장치
21 : 상부 슬라이드게이트밸브
22 : 하부 슬라이드게이트밸브
23 : 우회가스배출구
24 : 생성가스배출관
25, 26 : 우회가스배출관
27 : 게이트밸브
28 : 버터플라이밸브
31 : 생성가스배출구
32, 32a, 32b : 맨홀
41 : 가스화제주입구
51, 51a, 51b : 회재배출장치플랜지
52, 52a, 52b : 관측창
53, 53a, 53b : 스크류콘베이어플랜지
61 : 회재교란판
62 : 회재배출장치축
63 : 분사관
64 : 축보강판
65 : 가스유입구
66 : 축기어
67 : 모타기어
68 : 전동서보모타
69a, 69b, 69c : 유압실린더
71 : 스크류콘베이어
72 : 구동모타
73 : 슬러지피트
74 : 에이프론콘베이어
81 : 건조영역
82 : 열분해영역
83 : 가스화영역
84 : 연소영역
85 : 회재영역
86 : 배출회재
87 : 냉각수
88 : 회재슬러지

Claims

도시고형쓰레기(MSW), 고형폐기물연료(RDF), 하수슬러지(sewage sludge),바이오매스(Biomass)의 공급원료(feedstock)를 가스화하여 합성가스(syngas)를 생성하는 가스화반응기(gasification reactor)(1)에 있어서;
상기 가스화반응기의 정면 폭과 측면 길이 및 높이 비가 1: 2~3: 1.5~2 의 비율을 가지는 직육면체 형상의 본체(3);
상기 본체의 상부에는 공급원료 투입장치(2);
상기 본체의 하부에는 사이각이 50~70°이고, 외벽에는 가스화제주입구(41)가 정면 폭의 10 ~ 20% 간격으로 길이 방향으로 다수 개 장착되어 있는 경사부(4);
상기 경사부의 하부에 장착된 회재배출장치(6);
상기 경사부의 하부에 연결된 수냉챔버(5);
상기 수냉챔버에 장착된 슬러지이송장치(7); 로 구성되는 가스화반응기
제 1 항에 있어서,
상기 공급원료 투입장치(2)는 외부공기의 유입을 차단하기 위해 상하부 2단으로 구성된 슬라이드게이트밸브(21, 22)와, 투입장치(2) 내부의 잔류공기를 상기 가스화반응기(1)에서 발생된 가스로 희석하고 제거할 수 있도록 우회가스배출관(25, 26)과 버터플라이밸브(28)와 게이트밸브(27)로 구성된 가스화반응기.
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제 1 항에 있어서,
상기 회재배출장치(6)는 단면이 삼각형으로 된 회재 교란용 회재교란판(61)이 회재배출장치축(62)에 연결된 다수개의 분사관(63)과 축보강판(64)에 의해서 지지를 받고, 상기 회재배출장치축(62)은 그 축 끝단에 연결된 축기어(66)와 전동서보모터(68)의 축에 연결된 모터기어(67)간 일정한 제어신호에 따라 동력을 전달받아 회재를 교란시킬 수 있도록 일정한 각도로 회전 및 역회전할 수 있게 되어있으며, 회재의 배출량을 조절하거나 이물질이 걸려 과도한 토크가 발생하는 경우 지지용 유압실린더(69a, 69b, 69c)에 의해 상하 방향으로 위치이동이 가능하며, 유지보수를 위해 장착 및 탈착이 용이하도록 상기 수냉챔버(5)의 정면과 후면에 장착된 회재배출장치플랜지(51a, 51b)등으로 구성되는 가스화반응기.
제 1 항에 있어서,
상기 회재배출장치(6)는 그 내부에 통공으로 된 회재배출장치축(62)과 그 축에 연결된 예혼합 가스유입구(65) 및 다수개의 분사관(63)으로 구성되고, 상기 분사관(63)은 사잇각이 50~70°인 쌍을 이루어 축 길이 방향으로 회재교란판(31)의 한변 길이의 1.5 ~ 2배 간격으로 배치되며, 상기 분사관(63)을 통해 예혼합가스(공기+LNG, 또는 공기+LPG, 또는 공기+합성가스)가 분사되어 화염을 생성하여 공급원료의 초기점화를 가능하게 하고, 정상연소시에는 보조공기나 스팀을 공급할 수 있게 구성되어 있는 가스화반응기.
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