KR101813428B1

KR101813428B1 - 가스화 노 냉각 구조, 가스화 노 및 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법

Info

Publication number: KR101813428B1
Application number: KR1020167020625A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 기즈; 오사무 시나다; 마사시 기타다
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2017-12-28
Also published as: US9951284B2; US20170009161A1; WO2015115004A1; KR20160103112A; CN105934500A; JP5575342B1; CN105934500B; JP2015145467A

Abstract

노벽 구조의 복잡화를 최소한으로 억제하여, 생성 가스의 냉각 성능을 최대한 유지하면서 헤더 및 연락관의 배치성을 향상시킬 수 있고, 또한 압력 용기 형상의 최적화도 실현할 수 있는 가스화 노 냉각 구조를 제공한다. 탄소질 고체 연료를 가스화한 생성 가스가 원형 단면의 압력 용기 내에 형성된 노벽(22) 내를 통과하여 흐르고, 생성 가스를 노벽(22) 내에 복수 설치된 열교환기(30)의 전열관 내를 흐르는 유체와의 열교환에 의하여 냉각하는 가스화 노 냉각 구조로서, 노벽(22)은, 서로 직교하는 면과 면의 사이를 경사면(23)으로 연결한 다각형 구조가 되고, 경사면(23)의 변이 서로 직교하는 면 각각의 변보다 짧은 단면 형상이 된다.

Description

가스화 노 냉각 구조, 가스화 노 및 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법{GASIFICATION FURNACE COOLING STRUCTURE, GASIFICATION FURNACE, AND GASIFICATION FURNACE ANNULUS PORTION ENLARGEMENT METHOD}

본 발명은, 탄소질 고체 연료를 가스화하는 가스화 노에서 생성 가스를 냉각하는 가스화 노 냉각 구조, 가스화 노 및 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법에 관한 것이다.

석탄 등의 탄소질 고체 연료를 가압 환경하에서 가스화하는 가스화 노는, 압력 용기 내에 배치할 필요가 있다. 이와 같은 가스화 노에서는, 가스화 노에서 생성되는 가스의 온도를 일반적인 강관의 내열 온도까지 낮추기 위하여, 가스화 노 하류에 설치한 열교환기를 구비하고 있다.

이 열교환기는, Syn Gas Cooler(SGC)라고 불리는 전열관에 의하여 형성되고, 노벽(SGC 둘레벽)과, 내부에 설치된 전열관(SGC)의 집합체(전열관군)이며, 가스화 노의 노벽 내 후류부에 있어서, 노벽 내부를 흐르는 고온의 생성 가스로부터 전열관 내부를 흐르는 물 등의 유체가 흡열하여 가스 온도를 저하시키도록 구성되어 있다.

열교환기의 전열관군은 엘리먼트 구조로 되어 있으며, 하나의 엘리먼트의 집합체를 뱅크라고 부르고 있다. 또, 이 뱅크는, 전열관 내를 흐르는 유체(물·증기 등)의 온도대에 따라, 몇 종류의 사양으로 분류되어 있다. 엘리먼트를 구성하고 있는 전열관군은, 노벽 외주면과 압력 용기 내주면의 사이에 형성되는 애뉼러스부라고 불리는 공간 내에 있어서, 헤더라고 불리는 강관에 연결됨으로써, 뱅크에 정리된다.

또한, 사양이 상이한 각 뱅크 간은, 각각의 헤더가 연락관이라고 불리는 강관에 의하여 연결되며, 최종적으로는 압력 용기를 빠져 나가 가스화 노 외부로 접속된다.

또한, 가스화 노 내에 설치되는 열교환기는, 예를 들면 직사각형 단면의 노벽 내에 뱅크를 배치하는 구조가 일반적이지만, 예를 들면 하기의 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 육각형의 연도 내에 배치한 구조도 있다.

일본 공개특허공보 2008－145061호 일본 공개 실용신안공보 평5－71602호

그런데, 압력 용기는, 압력을 유지하기 위하여 그 단면 형상을 원형으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 상술한 노벽(SGC 둘레벽)의 단면 형상은, 내부에 열교환기의 엘리먼트를 배치함으로써, 배치/코스트 최소의 관점에서 정사각형이 바람직하다. 또한, 압력 용기 및 노벽의 단면 형상은, 생성 가스의 흐름 방향과 직교하는 단면 형상이며, 따라서, 생성 가스가 연직 방향으로 흐르는 경우의 단면 형상은 수평 단면이 된다.

또, 애뉼러스부에는, 헤더 및 연락관을 배치할 필요가 있다. 그러나, 애뉼러스부는, 원형 단면의 압력 용기와 정사각형 단면의 노벽 모서리부의 사이에 형성되는 간극(공간폭)이 가장 좁아진다. 이와 같은 최소 간극의 존재는, 애뉼러스부에 헤더 및 연락관을 배치할 때에 스페이스 확보 등을 제한하는 제약이 되고 있다.

일반적으로 내압 성능이 동일한 압력 용기는, 소경의 것일수록 둘레 길이가 짧아지므로, 두께가 얇은 저중량의 용기가 된다. 그러나, 가스화 노에 있어서는, 상술한 헤더 및 연락관의 배치 제한이 있으므로, 애뉼러스부를 충분히 작게 할 수 없는 상황에 있다. 즉, 가스화 노에 있어서는, 애뉼러스부에 헤더 및 연락관의 배치 스페이스를 확보할 필요가 있으므로, 특히, 헤더 및 연락관의 배치를 가능하게 하는 최소 간극을 확보하기 위하여, 압력 용기의 직경을 최적화할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 애뉼러스부를 최대한 적게 하기 위해서는, 노벽 단면 형상을 원형에 가까운 다각형의 구조로 함으로써 완화되지만, 상기의 특허문헌 1에서는, 헤더가 3개소에 배치되는 등, 노벽 구조, 엘리먼트, 헤더 및 연락관의 구조가 복잡해지는 점에서, 제작 코스트 증가의 원인이 되어 바람직하지 않다.

이와 같은 배경으로부터, 가스화 노에 있어서는, 가스화 노에서 생성된 가스의 냉각 성능 저하를 최소한으로 억제하고, 또한, 노벽 구조의 복잡화도 최소한으로 억제하여 헤더 및 연락관의 배치성을 향상시킴과 함께, 압력 용기 형상의 최적화를 가능하게 하는 가스화 노 냉각 구조, 가스화 노 및 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법이 바람직하다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는바는, 노벽 구조의 복잡화를 최소한으로 억제하여, 생성 가스의 냉각 성능을 최대한 유지하면서 헤더 및 연락관의 배치성을 향상시킬 수 있고, 또한 압력 용기 형상의 최적화도 실현할 수 있는 가스화 노 냉각 구조 및 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 하기의 수단을 채용했다.

본 발명의 제1 양태에 관한 가스화 노 냉각 구조는, 탄소질 고체 연료를 가스화한 생성 가스가 원형 단면의 압력 용기 내에 형성된 노벽 내를 통과하여 흐르고, 상기 생성 가스를 상기 노벽 내에 복수 설치된 전열관군의 관 내를 흐르는 유체와의 열교환에 의하여 냉각하는 가스화 노 냉각 구조로서, 상기 노벽은, 서로 직교하는 면과 면의 사이를 경사면으로 연결한 다각형 구조가 되고, 상기 경사면의 변이 서로 직교하는 상기 면의 각각의 변보다 짧은 단면 형상이 되며, 상기 경사면은, 정방형 단면 형상의 모서리부를 컷팅하기 전의 변의 길이를 La로 하고, 상기 모서리부를 컷팅한 후의 길이를 Lb로 하여, "(La－Lb)/La×100"으로 정의되는 "1변 삭감률"이 11.1%에서 33.3%의 범위 내가 되도록 마련되며, 상기 변의 길이 La가 2~5m의 범위 내이다.

상기 양태에 의하면, 원형 단면의 압력 용기 내에 형성된 노벽은, 서로 직교하는 면과 면의 사이를 경사면으로 연결한 다각형 구조가 되고, 경사면의 변이 서로 직교하는 면의 각각의 변보다 짧은 단면 형상이 되며, 경사면은, 정방형 단면 형상의 모서리부를 컷팅하기 전의 변의 길이를 La로 하고, 모서리부를 컷팅한 후의 길이를 Lb로 하여, "(La－Lb)/La×100"으로 정의되는 "1변 삭감률"이 11.1%에서 33.3%의 범위 내가 되도록 마련되며, 변의 길이 La가 2~5m의 범위 내이기 때문에, 환언하면, 직사각형 단면 모서리부를 모따기하도록 컷팅한 형상이 되므로, 노벽 구조를 복잡화하지 않고 애뉼러스부를 확대할 수 있다. 이와 같은 애뉼러스부의 확대는, 압력 용기 형상의 최적화나 헤더 및 연락관의 배치성 향상을 양립하기 위하여 유효하다.

상기 양태에 있어서, 상기 전열관군의 헤더 및 상기 전열관군 간을 연결하는 연락관이 상기 압력 용기와 상기 노벽의 사이에 형성되는 공간의 애뉼러스부에 배치되고, 상기 연락관의 평면에서 보았을 때의 대략 90도의 방향 전환을 상기 경사면의 영역에서 행하는 것이 바람직하며, 이로써, 압력 용기의 직경을 작게 하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 제2 양태에 관한 가스화 노는, 상기 양태의 가스화 노 냉각 구조를 구비하고 있는 가스 냉각부와, 상기 가스 냉각부의 상류측에 상기 탄소질 고체 연료를 가스화하는 가스 생성부를 구비하고 있다.

본 발명의 제3 양태에 관한 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법은, 탄소질 고체 연료를 가스화한 생성 가스가 원형 단면의 압력 용기 내에 형성된 노벽 내를 통과하여 흐르며, 상기 생성 가스가 상기 노벽 내에 복수 설치된 전열관군의 관 내를 흐르는 유체와의 열교환에 의하여 냉각되고, 또한, 상기 전열관군의 헤더 및 상기 전열관군 간을 연결하는 연락관이 상기 압력 용기와 상기 노벽의 사이에 형성되는 공간의 애뉼러스부에 배치되어 있는 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법으로서, 상기 노벽은, 서로 직교하는 면과 면의 사이를 경사면으로 연결한 다각형 구조가 되고, 상기 경사면의 변이 서로 직교하는 상기 면의 각각의 변보다 짧은 단면 형상이 되며, 상기 경사면은, 정방형 단면 형상의 모서리부를 컷팅하기 전의 변의 길이를 La로 하고, 상기 모서리부를 컷팅한 후의 길이를 Lb로 하여, "(La－Lb)/La×100"으로 정의되는 "1변 삭감률"이 11.1%에서 33.3%의 범위 내가 되도록 마련되어, 상기 변의 길이 La가 2~5m의 범위 내이다.

상기 양태에 의하면, 원형 단면의 압력 용기 내에 형성된 노벽은, 서로 직교하는 면과 면의 사이를 경사면으로 연결한 다각형 구조가 되고, 경사면의 변이 서로 직교하는 면의 각각의 변보다 짧은 단면 형상이 되며, 경사면은, 정방형 단면 형상의 모서리부를 컷팅하기 전의 변의 길이를 La로 하고, 모서리부를 컷팅한 후의 길이를 Lb로 하여, "(La－Lb)/La×100"으로 정의되는 "1변 삭감률"이 11.1%에서 33.3%의 범위 내가 되도록 마련되며, 변의 길이 La가 2~5m의 범위 내이기 때문에, 환언하면, 노벽의 직사각형 단면 모서리부를 모따기하도록 컷팅한 단면 형상으로 했으므로, 노벽 구조를 복잡화하지 않고 애뉼러스부를 용이하게 확대할 수 있다. 이와 같은 애뉼러스부의 확대는, 압력 용기 형상의 최적화나 헤더 및 연락관의 배치성 향상을 양립하기 위하여 유효한 방법이 된다.

상술한 본 발명에 의하면, 노벽의 직사각형 단면 모서리부만을 모따기하도록 컷팅하여 경사면을 마련한 다각형의 단면 구조로 함으로써, 가스화 노의 애뉼러스부를 최소로 하여 헤더 및 연락관의 배치성을 향상시킬 수 있고, 이 결과, 압력 용기 형상을 최적화하는 것이 가능해진다. 또, 노벽의 직사각형 단면 모서리부만을 모따기하도록 컷팅하므로, 노벽 제작에 필요한 작업 공정수의 증가나, 전열면의 감소를 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 가스화 노에서 생성된 가스의 냉각 성능을 대략 유지하면서 압력 용기 형상을 최적화할 수 있게 되어, 가스화 노에 있어서의 생성 가스의 냉각 성능 확보 및 제조 코스트의 저감을 양립할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 가스화 노 냉각 구조 및 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법의 일 실시형태를 나타내는 수평 단면도이다.
도 2는 1변 삭감률(%)의 정의를 나타내는 설명도이다.
도 3은 1변 삭감률에 관한 시산 결과를 나타내는 도표이다.
도 4는 1변 삭감률의 시산 결과를 그래프로 한 도이다.
도 5는 본 발명에 의한 압력 용기 직경의 저감 효과를 나타내는 비교도이며, (a)가 노벽의 모서리부를 모따기하지 않는 경우, (b)가 본 발명을 적용하여 노벽의 모서리부를 모따기하여 경사면을 마련한 경우이다.
도 6은 생성된 가스를 냉각하는 열교환기가 배치되는 가스화 노의 압력 용기 내부 구조를 나타내는 단면도이며, (a)는 수평 단면도(도 6(b)의 A-A 단면도), (b)는 종단면도이다.
도 7은 가스화 노의 개략 구성예를 나타내는 종단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 가스화 노 냉각 구조, 가스화 노 및 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법에 대하여, 그 일 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다.

가스화 노는, 석탄 등의 탄소질 고체 연료를 가압 환경하에서 가스화한 후, 일반적인 강관의 내열 온도까지 냉각하여 온도 저하시킨 생성 가스를 노 외부로 공급하는 것으로, 이하의 설명에서는 석탄을 가스화하는 것으로 하지만, 특별히 한정되는 경우는 없다. 또한, 석탄 이외의 탄소질 고체 연료로서는, 석유 코크스 외에, 간벌재, 폐재목, 유목, 초류(草類), 폐기물, 오니, 타이어 등의 바이오매스 연료를 예시할 수 있다.

도 6 및 도 7에 나타내는 가스화 노(1)는, 예를 들면 석탄 가스화 복합 발전 시스템(IGCC)에 이용되는 석탄(미분탄)의 가스화 장치이며, 가스 생성부(2) 및 가스 냉각부(10)가 주된 구성 요소가 된다.

가스화 노(1)의 가스 생성부(2)에서 미분탄을 가스화하여 얻어지는 생성 가스는, 가스 생성부(2)의 하류측에 마련한 가스 냉각부(10)로 유도되고, 가스 냉각부(10)를 구성하는 복수의 열교환기(30)를 통과하여 냉각된다. 가스 냉각부(10)에서 냉각된 생성 가스는, 가스화 노(1)의 외부에 마련한 도시하지 않은 각종 장치에 의하여 필요한 정제 처리가 실시된 후에 가스 터빈 운전의 연료 가스가 된다.

도시된 가스 냉각부(10)에는, 예를 들면 가스화 노(1)의 가스 생성부(2)로부터 차콜을 함유하는 약 1000℃의 생성 가스가 공급된다. 이로 인하여, 가스 냉각부(10)는, 생성 가스를 가스화 노 후류측 설비(각종 기기류나 배관에 사용하는 강관 등)에 적합한 온도까지 냉각함과 함께, 생성 가스 중의 열에너지를 회수하는 기능을 갖고 있다.

또, 가스 냉각부(10)는, 원형 단면의 압력 용기(Pv) 내에 형성되어 생성 가스 유로가 되는 연도(20) 내에, 복수의 열교환기(30)를 배치한 구성으로 되어 있다.

이들 복수의 열교환기(30)로 구성되는 가스 냉각부(10)에 대하여, 생성 가스가 연도(20) 내를 흘러 순차적으로 열교환한다. 이로 인하여, 생성 가스의 온도는, 상류측으로부터 하류측으로 순차적으로 저하되므로, 복수의 열교환기(30)는, 각각 온도 사양 등이 상이한 것이 된다.

또한, 도 6에 있어서, 도면 중의 부호 22는 연도(20)의 노벽, 31은 열교환기(30)를 구성하는 전열관, 32는 전열관(31)을 연결하는 헤더, 33은 헤더(32)를 연결하는 연락관, 40은 압력 용기(Pv)의 내면과 노벽(22)의 외면의 사이에 형성되는 애뉼러스부라고 불리는 공간이다.

본 실시형태의 연도(20)는, 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같이, SGC라고 불리는 전열관(21)을 다수 이용하여 형성된 벽면 구조의 노벽(SGC 둘레벽)(22)에 의하여, 정방형 단면(직사각형 단면)의 4면이 둘러싸인 가스 유로이다. 또한, 연도(20)의 노벽(22)은, 인접하는 전열관(21)이 핀(22a)에 의하여 연결되어 벽면을 형성하고, 전열관(21) 내에 물 등의 유체를 유통시켜 벽면 온도가 관리되고 있다.

또, 열교환기(30)는 뱅크라고도 불리며, 노벽(22)과 동일한 SGC라고 불리는 전열관(31)에 의하여 구성되는 엘리먼트 구조의 전열관 집합체(전열관군)이다. 이와 같은 열교환기(30)는, 노벽(22)의 내부를 흐르는 고온의 생성 가스로부터 전열관(31)의 내부를 흐르는 물 등의 유체가 흡열됨으로써, 생성 가스의 가스 온도를 저하시킨다. 또한, 유체가 생성 가스로부터 흡열된 열을 유효 이용함으로써, 생성 가스 중의 열에너지를 회수할 수 있다.

상술한 열교환기(30)는, 다수의 전열관(31)이 노벽(22)의 외부에서 헤더(32)에 연결되어 있다. 또한, 각 열교환기(30)의 헤더(32)는, 연락관(33)에 의하여 연결되어 있으며, 이 연락관(33)이 가스 냉각부(10)의 외부와 연결되어 있다.

따라서, 상술한 헤더(32) 및 연락관(33)은, 압력 용기(Pv)의 내면과 노벽(22)의 외면의 사이에 형성되는 공간인 애뉼러스부(40)에 배치되어 있다.

즉, 본 실시형태의 가스 냉각부(10)는, 고온의 생성 가스가 원형 단면의 압력 용기(Pv) 내의 노벽(22)에 둘러싸여 형성되는 연도(20) 내를 통과하여 흐르고, 이 생성 가스가 노벽(22) 내에 복수 설치된 열교환기(30)의 전열관(31) 내를 흐르는 유체와의 열교환에 의하여 냉각되는 가스화 노 냉각 구조가 된다.

이와 같은 가스화 노 냉각 구조에 있어서, 본 실시형태에서는, 노벽(22)의 단면 형상이, 정방형의 직사각형 단면 모서리부를 모따기하도록 컷팅한 형상, 즉, 직사각형 단면 모서리부(C)에 경사면(23)을 마련하여 다각형의 단면 형상이 된다. 구체적으로는, 도 1에 상상선으로 나타내는 4개소의 모서리부(C)를 제거하고, 실선 표시의 경사면(23)에 의하여 인접하는 노벽(22) 간을 연결한 구조로 되어 있다. 또한, 경사면(23)에 대해서도, 노벽(22)과 동일하게, 복수의 전열관(21)을 이용한 노벽 구조로 되어 있다.

상술한 경사면(23)은, 변이 다른 면보다 상당히 짧은 팔각형이 된다. 환언하면, 정사각형 단면의 연도(20)는, 모서리부(C)가 모따기된 단면 형상이 되므로, 제조 작업의 번잡화나 부품 개수의 증가 등에 의하여 코스트면에서 불리한 길이가 상이한 전열관(31)의 갯수를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.

이 결과, 다각형 단면 형상과 같이 노벽 구조를 복잡화하지 않고, 모서리부(C)가 없어진 분만큼 애뉼러스부(40)의 공간을 확대할 수 있으므로, 헤더(32)나 연락관(33)의 배치성이 향상된다. 즉, 이와 같은 애뉼러스부(40)의 확대는, 압력 용기(Pv)의 단면 형상을 확대하지 않아도 헤더(32)나 연락관(33)의 배관 경로에 관한 제약을 저감시킬 수 있으며, 따라서, 압력 용기(Pv)의 단면 형상 최적화나, 헤더(32) 및 연락관(33)의 배치성 향상을 양립하기 위하여 유효하다.

본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 연락관의 배치에 따라 반드시 다각형으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 장방형의 모서리부를 모따기하는 등, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양한 변형 및 변경을 더하여 얻는 것이다.

그러나, 상술한 모서리부(C)의 컷팅에 대해서는, 도 2에 나타내는 1변 삭감률(%)을 하기와 같이 설정하는 것이 바람직하다.

도 2에 나타내는 1변 삭감률은, 정방형 단면 형상으로 한 연도(20)의 노벽(22)에 대하여, 모서리부(C)를 컷팅하기 전의 변의 길이를 La로 하고, 모서리부(C)를 컷팅한 후의 변의 길이를 Lb로 하면, 하기의 수식에 의하여 정의된다.

1변 삭감률(%)=(La-Lb)/La×100

컷팅하기 전의 변의 길이 La는 2~5m로 하고, 설곗값에 의하여, 설계 치수, 피치는 결정되는 것으로 한다.

상술한 1변 삭감률은, 도 3 및 도 4에 나타내는 시산 결과로부터, 하기의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 코스트 삭감률은, 압력 용기 및 열교환기의 제조에 필요한 공정수 및 소재 중량의 삭감률을 의미하고 있다.

실효적으로 코스트 삭감이 가능한 1변 삭감률은, 도 3에 나타내는 케이스 A~케이스 D와 같이, 11.1%에서 33.3%의 범위 내이다. 또, 보다 바람직한 범위는, 14.0~28.0%의 범위이다.

또, 코스트 삭감 가능한 전열 면적 삭감률은, 0.0~10.0%의 범위 내이다. 보다 바람직한 범위는, 삭감 가능 범위의 80% 정도가 되는 1.0~8.0%이며, 또한, 가장 바람직한 범위는, 삭감 가능 범위의 30% 정도가 되는 2.0~5.5%의 범위이다.

또, 코스트 삭감 가능한 애뉼러스폭의 최대/최소 비율은, 1.35~1.95의 범위 내이다. 보다 바람직한 범위는, 삭감 가능 범위의 80% 정도가 되는 1.40~1.90이며, 또한, 가장 바람직한 범위는, 삭감 가능 범위의 30% 정도가 되는 1.50~1.70의 범위이다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 노벽(22)의 단면 형상을, 정방형의 직사각형 단면 모서리부(C)를 모따기하도록 컷팅한 형상으로 했으므로, 노벽 구조를 복잡화하지 않고 애뉼러스부(40)를 확대할 수 있다. 이와 같은 애뉼러스부(40)의 확대는, 압력 용기(Pv)의 형상 최적화나, 헤더(32) 및 연락관(33)의 배치성 향상을 양립하기 위하여 유효한 가스화 노(1)의 애뉼러스부 확대 방법이 된다.

즉, 노벽(22)의 직사각형 단면 모서리부(C)만을 컷팅함으로써, 가스화 노(1)의 애뉼러스부(40)를 최소로 하여 헤더(32) 및 연락관(33)의 배치성을 향상시킬 수 있으며, 이 결과, 압력 용기(Pv)의 형상을 최적화하여 소경화할 수 있다.

또, 노벽(22)의 직사각형 단면 모서리부(C)만을 모따기하도록 컷팅하므로, 노벽(22)의 제작에 필요한 작업 공정수의 증가나, 열교환기(30)의 전열면 감소를 최소한으로 억제할 수 있다.

이하에서는, 상술한 압력 용기(Pv)의 소경화에 대하여, 도 5의 비교도에 근거하여 구체적으로 설명한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 헤더(32)와 다른 열교환기의 사이를 연결하는 연락관(33)은, 평면에서 보았을 때 대략 90도의 방향 전환을 애뉼러스부(40)에서 행하는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 노벽(22)에 경사면(23)을 마련하지 않는 (a)의 연도(20)에서는, 연락관(33)의 만곡부(33a)와 헤더(32)의 사이에, 모서리부(C)를 피하여 방향 전환하기 때문에 직관부(33b)가 필요하다. 즉, 이 직관부(33b)는, 만곡부(33a)의 만곡 시점을 모서리부(C)의 방향으로 이동시킴으로써, 만곡부(33a)의 만곡 중심이 연도(20)의 대각선을 연장한 선 상에 대략 위치하도록 하여, 연락관(33)과 모서리부(C)의 간섭을 회피하고 있다. 또한, 이 경우의 압력 용기(Pv)는, 그 직경이 D'이다.

이에 대하여, 연락관(33)의 평면에서 보았을 때의 대략 90도의 방향 전환이, 경사면(23)의 영역에서 행해지도록 하면, 노벽(22)에 경사면(23)을 마련한 (b)의 연도(20)에서는, 연락관(33)의 만곡부(33a)와 헤더(32)의 사이에, 모서리부(C)를 피하여 방향 전환하기 위한 직관부(33b)가 불필요해진다. 즉, 모서리부(C)를 모따기하도록 컷팅하여 경사면(23)을 형성하면, 만곡부(33a)의 만곡 시점 및 만곡 종점이 경사면(23)의 범위 내에 위치하고, 또한, 만곡부(33a)의 만곡 중심은, 직관부(33b)를 마련하지 않아도 연도(20)의 대각선을 연장한 선 상에 대략 위치할 수 있다.

이렇게 하여 직관부(33b)가 불필요해지면, 연락관(33)은, 압력 용기(Pv)의 직경 D를 D'보다 작게 한 애뉼러스부(40)여도, 동일한 곡률인 상태 그대로 평면에서 보았을 때 대략 90도의 방향 전환을 행하는 것이 가능해지며, 연락관(33)이 연도(20)의 노벽(22)과 간섭하는 경우도 없다. 이와 같은 압력 용기(Pv)의 소경화는, 소형 경량화가 가능해지는 등 이점이 많다.

따라서, 가스화 노(1)에서 생성된 가스의 냉각 성능을 대략 유지하면서, 압력 용기(Pv)의 형상을 최적화할 수 있게 되어, 가스화 노(1)에 있어서의 생성 가스의 냉각 성능 확보 및 제조 코스트의 저감을 양립할 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절히 변경할 수 있다.

1 가스화 노
2 가스 생성부
10 가스 냉각부
20 연도
21, 31 전열관(SGC)
22 노벽(SGC 둘레벽)
23 경사면
30 열교환기(전열관군)
32 헤더
33 연락관
33a 만곡부
33b 직관부
40 애뉼러스부
C 모서리부

Claims

탄소질 고체 연료를 가스화한 생성 가스가 원형 단면의 압력 용기 내에 형성된 노벽 내를 통과하여 흐르고, 상기 생성 가스를 상기 노벽 내에 복수 설치된 전열관군의 관 내를 흐르는 유체와의 열교환에 의하여 냉각하는 가스화 노 냉각 구조로서,
상기 노벽은, 서로 직교하는 면과 면의 사이를 경사면으로 연결한 다각형 구조가 되며, 상기 경사면의 변이 서로 직교하는 상기 면의 각각의 변보다 짧은 단면 형상이 되고,
상기 경사면은, 정방형 단면 형상의 모서리부를 컷팅하기 전의 변의 길이를 La로 하고, 상기 모서리부를 컷팅한 후의 길이를 Lb로 하여, "(La－Lb)/La×100"으로 정의되는 "1변 삭감률"이 11.1%에서 33.3%의 범위 내가 되도록 마련되며, 상기 변의 길이 La가 2~5m의 범위 내인 가스화 노 냉각 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 전열관군의 헤더 및 상기 전열관군 간을 연결하는 연락관이 상기 압력 용기와 상기 노벽의 사이에 형성되는 공간의 애뉼러스부에 배치되고, 상기 연락관의 평면에서 보았을 때의 90도의 방향 전환이 상기 경사면의 영역에서 행해지는 가스화 노 냉각 구조.
청구항 1 또는 청구항 2에 따른 가스화 노 냉각 구조를 갖는 가스 냉각부와,
상기 가스 냉각부의 상류측에 상기 탄소질 고체 연료를 가스화하는 가스 생성부를 구비하고 있는 가스화 노.
탄소질 고체 연료를 가스화한 생성 가스가 원형 단면의 압력 용기 내에 형성된 노벽 내를 통과하여 흐르며, 상기 생성 가스가 상기 노벽 내에 복수 설치된 전열관군의 관 내를 흐르는 유체와의 열교환에 의하여 냉각되고, 또한, 상기 전열관군의 헤더 및 상기 전열관군 간을 연결하는 연락관이 상기 압력 용기와 상기 노벽의 사이에 형성되는 공간의 애뉼러스부에 배치되어 있는 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법으로서,
상기 노벽은, 서로 직교하는 면과 면의 사이를 경사면으로 연결한 다각형 구조로 되고, 상기 경사면의 변이 서로 직교하는 상기 면의 각각의 변보다 짧은 단면 형상이 되며,
상기 경사면은, 정방형 단면 형상의 모서리부를 컷팅하기 전의 변의 길이를 La로 하고, 상기 모서리부를 컷팅한 후의 길이를 Lb로 하여, "(La－Lb)/La×100"으로 정의되는 "1변 삭감률"이 11.1%에서 33.3%의 범위 내가 되도록 마련되며, 상기 변의 길이 La가 2~5m의 범위 내인 가스화 노의 애뉼러스부 확대 방법.