KR101872526B1 - 가스화 냉각실 및 스크러버 장치 - Google Patents

가스화 냉각실 및 스크러버 장치 Download PDF

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Abstract

가스화 냉각실(310)이 개시된다. 가스화 냉각실(310)은, 냉각된 합성가스(506, 508)를 배출하기 위한 배출구(370)를 포함하는 상측부(350)와, 액체 냉매(502)가 하측부(340)에 배치된 저장소와, 합성가스 혼합물(500)을 유입시켜서 상기 액체 냉매(502)와 접촉하게 하고 따라서 냉각된 합성가스(506)를 생성하도록 구성되는 침적관(320)과, 상측부(350) 내에서 냉각된 합성가스(506)를 추가적으로 냉각시키도록 구성되는 냉각 장치(360)와, 냉매 수위 변동 및 슬로싱(sloshing)을 완화시키도록 구성되는 상기 하측부(340) 내의 안정화 장치(330)를 포함한다. 냉각실(310)의 일 실시예에서, 냉각 장치(360)는 열교환기 파이프(364)를 포함한다. 냉각실 및 스크러버 조립체(300)가 또한 개시된다.

Description

가스화 냉각실 및 스크러버 장치 {GASIFICATION QUENCH CHAMBER AND SCRUBBER ASSEMBLY}
본 발명은 일반적으로 가스화기에 관한 것으로서, 특히 가스화 냉각실 및 스크러버 조립체에 관한 것이다.
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2009년 6월 30일자 미국특허출원 제12/495,439호(대리인파일번호: 제236150-1, 발명의 명칭:"GASIFICATION SYSTEM FLOW DAMPING")에 기초하여 우선권을 주장하는 연속 분할 출원이며, 그 내용은 본 출원에 포함된다.
본 출원은 또한 2009년 6월 30일자 미국특허출원 제12/494,385호(대리인파일번호: 제235585-1, 발명의 명칭:"QUENCH CHAMBER ASSEMBLY FOR A GASIFIER")에 기초하여 우선권을 주장하는 연속 분할 출원이며, 그 내용은 본 출원에 포함된다.
석탄이나 코크스와 같은 입자상 탄소계 연료 또는 탄소계 가스가 연소되는 정규 석탄 가스화 프로세스에서, 프로세스는 연소 챔버에서 상대적으로 고온 및 고압에서 수행된다. 분사되는 연료가 연소실 내에서 연소 또는 부분 연소될 때, 유출물이 연소실의 하측 단부의 포트를 통해 연소실 하류에 배치된 가스화 냉각실, 또는 냉각실로 방출된다. 다른 실시예에서, 연소실과 냉각 유닛 사이에 방사형 합성가스 냉각기가 배치될 수 있다. 냉각실은 물과 같은 액체 냉매를 포함한다. 연소실로부터의 유출물은 냉각실 내 액체 냉매와 접촉하여 유출물의 온도를 하강시킨다.
연료가 석탄이나 코크스와 같은 고체일 경우, 가스화기 배열은 슬래그 형태의 유출물의 고체 부분을 냉각실의 액체 풀 내에 보유할 수 있고, 이어서, 슬래그 슬러리(slag slurry)로 방출할 수 있다. 유출물의 가스형 성분은 추가적인 공정을 위해 냉각실로부터 방출된다. 그러나, 냉각실을 통과함에 있어 가스형 성분은 실질적인 양의 액체 냉매를 지닐 것이다. 배출 가스에 혼입된 최소 양의 액체는 전체 프로세스에 영향을 미친다고 간주되지 않는다. 그러나, 냉각실로부터 하류 장비 내로 운반되는 과량의 액체는 작동 상의 문제점을 제기한다고 판명되었다. 하류 장비는, 예를 들어, 스크러버 조립체를 포함한다.
종래의 시스템에서, 냉각실의 가스 배출 경로에 배플(baffle)이 배치된다. 결과적으로, 액체 함유 가스가 배플 표면과 접촉함에 따라, 소정의 액체가 배플 표면 상에서 합쳐진다. 그러나, 고속 유동 가스는 배플의 하측 에지로부터 액적을 쓸어감으로써 액체 액적을 다시 혼입하게 될 것이다.
연소실로부터의 유출물 가스를 냉각시키고 유출물 가스로부터 혼입된 액체 내용물을 가스화기 내 유출물 가스로부터 실질적으로 제거하도록 구성되는 개선된 냉각 챔버가 필요하다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 가스화 냉각실은, 냉각된 합성가스를 배출하기 위한 배출구를 포함하는 상측부와, 액체 냉매가 하측에 배치된 저장소와, 합성가스 혼합물을 유입시켜서 상기 액체 냉매와 접촉하게 하고 따라서 냉각된 합성가스를 생성하도록 구성되는 침적관과, 상측부 내에서 냉각된 합성가스를 추가적으로 냉각시키도록 구성되는 냉각 장치와, 냉매 수위 변동 및 슬로싱(sloshing)을 완화시키도록 구성되는 상기 하측부 내의 안정화 장치를 포함한다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 가스화 조립체는 냉각실과 벤투리 스크러버(venturi scrubber)를 포함하고, 상기 냉각실은 냉각된 합성가스를 배출하기 위한 배출구를 포함하는 상측부와, 액체 냉매가 하측부에 배치된 저장소와, 합성가스 혼합물을 유입시켜서 상기 액체 냉매와 접촉하게 하고 따라서 냉각된 합성가스를 생성하도록 구성되는 침적관과, 상측부 내에서 냉각된 합성가스를 추가적으로 냉각시키도록 구성되는 냉각 장치를 포함하며, 상기 벤투리 스크러버는 상기 냉각실의 하류에서 상기 냉각실과 유체 연통되도록 구성된다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 가스화 조립체는, 액체 냉매를 지니도록 구성되는 하측부와 냉각된 합성가스에 대한 배출구를 제공하도록 구성되는 상측부를 포함하는 저장소와, 합성가스 혼합물을 유입시켜서 상기 액체 냉매와 접촉하게 하고 따라서 냉각된 합성가스를 생성하도록 구성되는 침적관과, 상기 상측부 내에서 냉각된 합성가스와 열적으로 연통되는 열교환기 파이프로서, 상기 열교환기 파이프를 통해 유동하는 냉각된 합성가스의 상호작용에 의해 스팀 또는 온수 중 적어도 하나를 생성하도록 구성되는, 상기 열교환기 파이프를 포함한다.
본 발명의 이와 같은 특징, 형태, 및 장점과, 그외 다른 특징, 형태, 및 장점이, 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽을 때 잘 이해될 것이며, 도면 전체를 통해 유사한 도면 부호들은 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스화 냉각실 및 스크러버 조립체를 이용할 수 있는 통합 가스화 복합 사이클(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) 동력 발생 시스템의 블록도표,
도 2는 감쇠판을 이용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 일 실시예의 전방 단면도,
도 3은 도 2의 감쇠판의 평면도,
도 4는 흡출관(draft tube)이 없고 감쇠판을 이용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 일 실시예의 전방 단면도,
도 5는 도 4의 감쇠판의 평면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 단 하나의 침적관(dip tube)을 갖춘 가스화 냉각실의 전방 단면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스화 냉각실 및 스크러버 조립체의 개략도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 냉각실의 상측부의 확대 단면도,
도 9는 도 8b에 도시되는 냉각실의 상측부의 단면 평면도.
본 발명의 하나 이상의 실시예가 아래에서 설명될 것이다. 이러한 실시예들의 간결한 설명을 위해, 실제 구현예의 모든 특징부들이 명세서에서 설명되지 않을 수 있다. 이러한 실제 구현예의 발전 사항 중에서, 임의의 공정 또는 설계 프로젝트에서처럼, 수많은 구현예-특정 결정들이, 구현예마다 다를 수 있는 시스템-관련 및 비즈니스-관련 제약사항들과 순응하는 것과 같은 개발자의 구체적 목적을 달성할 수 있도록 이루어져야만 한다. 게다가, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소요가 큰 것이지만, 당업자에게 있어 정규적인 설계, 제작, 및 제조 작업일 것이다.
본 발명의 다양한 실시예의 요소들을 도입할 때, "일", "하나의", "이러한", 및 "상기"는 원소들이 하니 이상 존재함을 의미하는 것이다. "포함하는", "구비하는", 및 "갖는"의 표현은 포괄적인 의미로서, 나열된 요소들 외에 추가 요소들이 존재할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 냉각 유닛 및/또는 스크러버와 같은 가스화 시스템 구성요소 내의 동역학적 유동을 제어하기 위한 기술을 지향한다. 일반적으로, 냉각 유닛은 가스화실로부터, 합성가스와 같은, 고온 유출물을 수용할 수 있다. 고온 유출물은 냉각 유닛 내 냉각 유체의 풀을 통과하여, 더 냉각된 포화(또는 부분 포화) 합성가스를 생성할 수 있다. 냉각시, 재와 같은 성분들이 냉각 유닛으로부터 이어지는 제거를 위해 액체 풀 내에서 고형화될 수 있다. 냉각 유닛으로부터 더 냉각된 합성가스가 스크러버로 지향될 수 있다. 일반적으로, 합성가스는 스크러버 내의 냉각 유체 풀을 통해 유동하여 나머지 미립자 및/또는 혼입된 물을 합성가스로부터 제거할 수 있다. 작동 중, 냉각 유닛 및/또는 스크러버는 냉각 풀 수위, 가스 유량, 및/또는 압력 레벨의 변동과 같은 유동 변동을 겪을 수 있고, 이는 다시 냉각 유닛 및/또는 스크러버를 빠져나가는 합성가스 내의 냉각 유체의 비효율적 냉각 및/또는 혼입을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명은 가스화 시스템 구성요소 내의 유동 변동을 최소화시키도록 설계된 유동 감쇠 메커니즘을 포함하는, 냉각 유닛 및/또는 스크러버와 같은, 가스화 시스템 구성요소를 설명한다. 여기서, "감쇠"라는 용어는 유동의 변동이나 발진을 감소시키는 것과, 및/또는, 유동 발진의 강도를 감소시키는 것을 일반적으로 의미한다. 예를 들어, 유동 감쇠 메커니즘은 유동 변동으로부터 에너지를 소산시키고 냉각 유닛 내의 불균형적인 유동을 리디렉션시키도록 설계될 수 있다. 소정의 실시예에서, 유동 감쇠 메커니즘은 액체 냉매의 풀 내에 배치되어, 풀의 수위 변동을 감쇠시키고, 이는 다시, 가스 유량의 변동 및/또는 압력 변동을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 감쇠 배플이 액체 풀 내에 배치되어, 풀을 통과하는 유체 면적을 제한할 수 있다. 소정의 실시예에서, 감쇠 배플은 적어도 약 50%만큼 액체에 대한 유동 경로 면적을 감소시키도록 설계될 수 있다. 유동 감쇠 메커니즘은 가스 유동 경로 내에 또한 배치되어 압력 강하를 제어할 수 있고, 이는 다시, 액체 풀 수위 및/또는 가스 유량의 변동을 감소시킬 수 있다.
도 1은 통합 가스화 복합 사이클(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) 동력 발생 시스템(8)의 일 실시예를 도시한다. 동력 발생 시스템 내에는 합성가스와 같은 가스가 연소되어 "상부"("topping") 사이클, 또는 브레이튼(Brayton) 사이클 내에서 동력을 발생시킬 수 있다. 이 후 "상부" 사이클로부터의 배출 가스를 이용하여 "하부"("bottoming") 또는 랭킨(Rankine) 사이클 내에서 스팀을 발생시킬 수 있다.
합성가스 생성을 위해, 코크스 및 아탄(lignite)과 같은 탄소계 연료가 피드스톡 제조 및 운반 시스템(9)을 통해 시스템(8)에 공급될 수 있다. 피드 시스템(9)은 연료 슬러리(10)를 가스화기(11)에 제공하고, 여기서 연료가 산소(O2) 및 스팀(H2O)과 혼합된다. 산소는 에어 분리기(12)로부터 제공될 수 있다. 가스화기(11)는 합성가스(13)와 같은 고온 유출물을 생성하고자 연료 슬러리 내 휘발성 성분을 연소시키기 위해 대략 700℃ 이상까지 반응물을 가열시킨다. 산소, 스팀, 및 탄소(C) 사이의 화학적 반응으로 인해, 합성가스(13)는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및 이산화탄소(CO2) 뿐 아니라, 탄소계 연료에 존재하는 재, 황, 질소, 및 염화물과 같은 별로 바람직하지 않은 성분들도 포함할 수 있다.
가스화기(11)로부터, 합성가스(13)가 냉각 유닛(14)에 유입될 수 있다. 소정의 실시예에서, 냉각 유닛(14)은 가스화기(11)와 일체형일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 냉각 유닛(14)은 별도의 유닛일 수 있다. 냉각 유닛(14)은 물과 같은 냉각 유체의 기화를 통해 포화 온도에서 또는 포화 온도 근처에서 합성가스(13)를 냉각시킬 수 있다. 냉각 프로세스 중, 재와 같은 바람직하지 못한 성분들이 고형화되어, 냉각 유닛(14)으로부터 슬래그(16) 형태로 제거될 수 있다. 합성가스(13)가 냉각 유닛(14)을 통해 유동함에 따라, 합성가스(13)가 냉각되어 냉각된 합성가스(17)를 생성하게 되고, 냉각된 합성가스(17)는 냉각 유닛(14)을 빠져나와 가스 냉각 및 처리 시스템(18)에 유입된다.
가스 냉각 및 처리 시스템(18)은 스크러버(19) 및 산성 가스 제거 시스템(20)과, 그외 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 가스 냉각 및 처리 시스템(20) 내에서, 냉각 유닛(14)으로부터의 합성가스(17)가 스크러버(19)에 유입될 수 있고, 여기서, 합성가스(17)가 추가적으로 냉각되어 혼입된 물 및/또는 나머지 미립자를 제거할 수 있다. 세정된 합성가스(21)는 스크러버(19)를 빠져나와 산성 가스 제거 시스템(20)에 유입되고, 여기서, 이산화탄소 및 황화수소와 같은 산성 가스가 제거된다. 가스 냉각 및 처리 시스템(18) 내에서, 황 성분(22)이 제거되어 정제를 위해 황 생성 시스템(23)에 전달될 수 있다. 물 또한 스팀(24) 및 액체(25)로 제거될 수 있다. 스팀(24)은 가스화기(11)로 재순환되고, 및/또는, 열 회수 스팀 발생기(HRSG) 시스템(26)에 전달될 수 있다. 액체 물(25)이 물 처리 시스템(27)에 전달될 수 있다.
가스 냉각 및 처리 시스템(18)은 정제된(sweetened) 합성가스를 생성할 수 있고, 이와 같이 정제된 합성가스는 연소기(29)로 지향되고 합성가스(28)가 연소되어 "상부" 사이클 내에서 동력을 발생시킨다. 압축기(31)로부터 연소기(29)로 에어(30)가 제공되어, 연소를 위한 연료-에어 비로 합성가스(28)와 혼합될 수 있다. 더욱이, 연소기(29)는 에어 분리기(12)로부터 묽은 질소 압축기(33)를 통해 질소(32)를 수용하여 연소 반응을 냉각시킬 수 있다.
연소기(29)로부터의 배출물(34)은 터빈(35)을 통해 유동할 수 있고, 터빈(35)은 압축기(31) 및/또는 제너레이터(36)를 구동시켜서 배출물(37)을 생성할 수 있다. 배출물(37)은 HRSG 시스템(26)으로 지향될 수 있고, HRSG 시스템(26)은 가스 냉각 및 처리 시스템(18)으로부터 공급되는 스팀(24)과 배출물(37)로부터 열을 회수할 수 있다. 회수된 열을 이용하여 스팀 터빈(38)을 구동시킬 수 있고, 따라서, "하부" 사이클 내에서 동력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 스팀 터빈(38)은 전기 발생을 위해 제너레이터(39)를 구동시킬 수 있다. 그 후, 스팀 터빈(38)으로부터의 스팀(40)은 응축기(41)로 지향될 수 있고, 응축기(41)에서 스팀은 냉각탑(43)으로부터의 냉각 유체(42)에 의해 냉각될 수 있다. 응축기(41)로부터 응축된 스팀(44)은 그 후 HRSG 시스템(26)을 향해 재순환될 수 있다.
동력 발생 시스템(8)은 예시적인 사항으로 제공되는 것 뿐이며, 제한적이고자 하는 의도를 갖지 않는다. 여기서 설명되는 유동 감쇠 메커니즘을 냉각 유닛(14) 및/또는 스크러버(19) 내에서 이용하여 유동 변동을 감쇠시키게 된다. 그러나, 다른 실시예에서, 유동 감쇠 메커니즘은 임의의 타입의 가스화 냉각 유닛 및/또는 스크러버 내에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 유동 감쇠 메커니즘은 HRSG 시스템없이 가스 터빈에 합성가스를 제공하도록 설계된 냉각 유닛 또는 스크러버 내에서 이용될 수 있다. 다른 예에서, 유동 감쇠 메커니즘은 별도의 가스화 시스템의 일부분인 냉각 유닛 또는 스크러버 내에서 이용될 수 있다.
도 2 내지 도 5는 가스화 시스템 구성요소(46)의 실시예를 도시한다. 가스화 시스템 구성요소(46)는 도 1에 도시되는 냉각 유닛 또는 스크러버(19) 뿐 아니라, 다른 타입의 가스화 냉각 유닛 및/또는 스크러버를 나타낼 수도 있다. 게다가, 도 2 내지 도 5는 냉각 유닛의 범주에서 일반적으로 설명되고 있으나, 이러한 도면에 도시되는 유동 감쇠 메커니즘은 가스화 스크러버 내에서 유사한 방식으로 적용될 수 있다.
도 2는 가스화 시스템 구성요소(46)의 일 실시예의 단면도이다. 상술한 바와 같이, 가스화 시스템 구성요소(46)는 냉각 유닛(14) 또는 스크러버(19)와 같은, 냉각 유닛이나 스크러버일 수 있다. 가스화 시스템 구성요소(46)는 물과 같은 냉각 유체(52)의 풀을 보유하는 용기(5)를 포함한다. 가스화 시스템 구성요소(46)는 가스화 시스템(8)(도 1) 내의 상류 구성요소로부터 개구부(53)를 통해 합성가스(47)를 수용할 수 있다. 예를 들어, 가스화 시스템 구성요소(46)가 냉각 유닛(14)(도 1)을 나타낼 경우, 합성가스(47)는 가스화기(11)(도 1)로부터 수용되는 합성가스(13)(도 1)를 나타낼 수 있다. 다른 예에서, 가스화 시스템 구성요소(46)가 스크러버(19)(도 1)를 나타낼 경우, 합성가스(47)는 냉각 유닛(14)(도 1)을 빠져나오는 합성가스(17)(도 1)를 나타낼 수 있다. 합성가스(47)는 용기(50)의 상부 및/또는 측부 내의 유입구(도시되지 않음)를 통해 가스화 시스템 구성요소(46) 내의 개구부(53) 내로 유동할 수 있다.
냉각 유체(52)는 물 소스(도시되지 않음)로부터 용기(50)에 공급될 수 있고, 용기(50) 내에서의 냉각을 위해 충분한 수위를 유지하기 위해 필요한 만큼 보충될 수 있다. 도시되는 바와 같이, 용기(50)는 2개의 환형 튜브(54, 56)를 또한 포함한다. 소정의 실시예에서, 튜브(56)는 튜브(54) 주위로 동심으로 배치될 수 있다. 침적관(54)이 용기(5)의 중심에 배치되어 가스화 시스템 구성요소(46)를 통해 합성가스(47)를 안내하게 된다. 흡출관(56)은 침적관(54)을 둘러싸서 내실(58)을 생성하게 된다. 화살표에 의해 일반적으로 표시되는 바와 같이, 합성가스(47)는 침적관(54)을 통해 용기(50)의 하측 및/또는 원추부(59) 내에 함유된 냉각 유체(52)의 풀을 향해 유동할 수 있다. 합성가스(47)는 냉각 유체(52)와 접촉하여, 냉각 유체 일부를 기화시킬 수 있고, 따라서, 합성가스(47)를 냉각시킬 수 있다.
침적관(54)으로부터, 합성가스는 내실(58)을 통해 외부 챔버(60)로 상향 유동할 수 있다. 외부 챔버(60)는 일반적으로 용기(50)의 벽체와 흡출관(56) 사이의 환형 공간에 형성될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서는, 흡출관(56)이 생략될 수 있다. 이러한 실시예에서, 합성가스는 외부 챔버(60)를 통해 상향으로 유동할 수 있고, 이러한 실시예에서, 외부 챔버(60)는 침적관(54)과 용기(50)의 벽체 사이의 환형 공간 내로 연장될 수 있다. 다시 말해서, 이러한 실시예에서, 내실(58) 및 외부 챔버(60)는 침적관(54)으로부터 용기(50)의 벽체까지 연장되는 하나의 연속 외부 챔버(60)로 조합될 수 있다.
합성가스(47)가 침적관(54), 내실(58), 및 외부 챔버(60)를 통해 유동함에 따라, 합성가스는 냉각 유체(52)에 의해 냉각되어 합성가스의 온도 및 압력이 감소하게 된다. 합성가스가 냉각됨에 따라, 슬래그(16)와 같은 미립자(61)가 용기(50)의 하측부 내에 수집될 수 있고, 방출 포트(62)를 통해 방출될 수 있으며, 소정의 실시예에서, 로커 호퍼(lock hopper)에 이를 수 있다. 게다가, 혼입된 액체가 합성가스(47)로부터 제거되어, 냉각 유체(52)의 풀 내에 수집될 수 있다.
외부 챔버(60)의 상측부는 흡출관(56) 주위로 배치된 선택적인 환형 배플(64)을 포함할 수 있다. 소정의 실시예에 따르면, 배플(64)은 외부 챔버(60)를 통해 합성가스의 유동을 지향시키도록 설계되어, 소정의 실시예에서, 합성가스의 유동 경로를 증가시킬 수 있고, 따라서, 합성가스의 냉각을 촉진시킬 수 있다. 배플(64)은 합성가스에 혼입된 액체를 합치기 위한 표면을 또한 제공하고, 따라서, 유출구(66)를 통해 외부 챔버(60)를 빠져나가는 합성가스의 냉각 액체의 혼입을 감소시킨다. 선택적인 냉각 링(68)이 침적관(54) 주위로 환형으로 배치될 수 있고 침적관(54)의 내측 표면을 향해 냉각 유체를 지향시킬 수 있어서, 고온 합성가스(47)로부터 침적관 내측 표면을 보호할 수 있다. 냉각 링(68)은 또한, 배플(64)을 향해, 및/또는, 냉각 유체(52)의 풀을 향해, 냉각 유체를 지향시킬 수 있다. 그러나, 소정의 실시예에서, 예를 들어, 가스화 시스템 구성요소(46)가 스크러버(19)를 나타낼 때, 배플(64) 및 냉각 링(68)이 생략될 수 있다.
가스화 시스템 구성요소(46) 내의 유동 변동을 감소시키기 위해, 환형 감쇠판(70)이 용기(50)의 벽체와 흡출관(56) 사이에서 외부 챔버(60) 내에서 연장될 수 있다. 합성가스가 가스화 시스템 구성요소(46) 내에서 유동함에 따라, 냉각 링(68)으로부터의 물이 가스화 시스템 구성요소(46)를 통해 유동하여 액체 풀(52)에서 수집될 수 있다. 감쇠판(70)은 냉각 액체(52)의 풀 내의 유동 변동으로부터 에너지를 소산시키도록 설계될 수 있다. 감쇠판(70)은 흡출관(56)의 외경에 일반적으로 대응하는 내경(72)을 가질 수 있다. 감쇠판(70)은 용기(50)의 내경에 일반적으로 대응하는 외경(74)을 가질 수 있다. 따라서, 감쇠판(70)은 용기(50)의 벽체와 흡출관(56)과 함께 연속적으로 배치되어 외부 챔버(60)를 통한 냉각 유체(52)의 유동을 제한하게 된다. 감쇠판(70)은 용접, 볼트 연결, 또는 다른 적절한 수단에 의해 용기(50)의 벽체 및/또는 흡출관(56)에 고정될 수 있다.
감쇠판(70) 내의 구멍(75)을 이용하여 냉각 유체(52)가 감쇠판(70)을 통해 유동할 수 있다. 그러나, 구멍(75)에 의해 외부 챔버(60)를 통해 제공되는 유동 면적은 감쇠판(70)에 의해 제한되지 않는 외부 챔버(60)의 단면 내의 유동 면적보다 훨씬 작을 수 있다. 소정의 실시예에 따르면, 감쇠판(70)은 적어도 대략 50-100%(및 그 사이의 모든 범위)만큼 외부 챔버(60)의 감쇠판 부분을 통한 유동 면적을 감소시키는 유동 제한 메커니즘으로 작용할 수 있다. 특히, 감쇠판(70)은 적어도 대략 80-100%(및 그 사이의 모든 범위)만큼 외부 챔버(60)의 감쇠판 부분을 통한 유동 면적을 감소시키는 유동 제한 메커니즘으로 작용할 수 있다.
감쇠판(70)이 냉각 유체의 풀(52) 내에 잠기도록, 감쇠판(70)이 일반적으로 외부 챔버(60) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 감쇠판(70)이 외부 챔버(60) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(76) 아래에 배치될 수 있다. 소정의 실시예에서, 감쇠판(70)은 흡출관(56) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(78) 위에 배치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 감쇠판(70)은 흡출관(56) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(78) 아래에 배치될 수 있다. 게다가, 감쇠판(70)은 일반적으로, 감쇠판의 구멍 내 슬랙 축적을 방지하기 위해 용기(50)의 원추부(59) 위에 충분한 높이로 배치될 수 있다.
풀(52) 내 냉각 유체의 수위(76, 78)는 가스화 시스템 구성요소(46)의 작동 중 변할 수 있다. 소정의 실시예에서, 가스화 시스템 구성요소(46)를 통한 합성가스(47)의 유량이 변하여, 수위(76, 78)의 변동을 야기할 수 있다. 게다가, 소정의 실시예에서, 합성가스(47)는 풀(52) 내로 유동하고, 냉각 유체를 교반하여, 수위(76, 78)의 변동을 야기할 수 있다. 더욱이, 냉각 링(68)을 빠져나가는 냉각 유체의 유량이 변할 수 있다. 감쇠판(70)은 수위(76) 및/또는 수위(78)의 변동을 감소시키도록 설계될 수 있다. 특히, 감쇠판(70)은 냉각 유체 풀(52) 내의 동역학적 유동으로부터 에너지를 소산시키도록 기능하는 유동 제한을 제공할 수 있다.
도 3은 감쇠판(70)의 평면도이다. 감쇠판(70)은 외경(74)과 내경(72) 사이의 차이에 의해 일반적으로 구획되는 표면적(80)을 포함한다. 구멍(75)이 표면적(80) 주위로 원주방향으로 이격될 수 있다. 상술한 바와 같이, 구멍(75)의 면적과 표면적(80)은 물이 용기(50) 내에서 수직으로 외부 챔버(60)를 통과하기에 가용한 총 환형 유동 면적에 일반적으로 대응할 수 있다. 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 감쇠판(70)은 표면적(80) 내에 배치되는 구멍(75)에 의해 제공되는 면적으로 유동 면적을 제한하도록 설계될 수 있다. 소정의 실시예에 따르면, 구멍(75)들의 면적은 표면적(80) 및 구멍(75)에 의해 규정되는 바와 같이, 가용 총 환형 유동 면적의 대략 1-50%를 나타낼 수 있다. 감쇠판(70) 내에서, 구멍(75)의 수, 간격, 크기, 및 형상은 가변적일 수 있다. 예를 들어, 구멍(75)은 다른 모양들 중에서도 원형, 원장방형(oblong), 타원형, 장방형, 정사각형, 또는 육각형 단면을 가질 수 있다. 더욱이, 다양한 형상 및 크기의 임의의 개수의 구멍이 감쇠판 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 구멍(75)의 크기 및 개수는 플러깅(plugging)에 저항하기에 충분히 큰 구멍을 제공하면서 유동 면적의 요망 감소를 제공하도록 고정될 수 있다.
도 4 및 도 5는 흡출관(56)을 생략한 가스화 시스템 구성요소의 실시예들을 도시한다. 이러한 실시예에서, 배플(64) 및 냉각 링(68) 역시 생략되어 도 1에 도시되는 스크러버(19)와 같은 스크러버를 일반적으로 나타내고 있다. 그러나 다른 실시예에서, 도 4 및 도 5에 도시되는 유동 감쇠 메커니즘은 도 1에 도시되는 냉각 유닛(14)과 같은 냉각 유닛 내에서 또한 이용될 수 있다.
도 4에 도시되는 바와 같이, 합성가스(47)는 화살표로 일반적으로 도시되는 바와 같이 용기(50) 내의 침적관(54)을 통해 유동할 수 있다. 합성가스(47)는 그 후 침적관(54)을 빠져나와, 용기(50)의 원추부(59) 내에 구성된 냉각 액체 풀(52)을 통해 유동한다. 합성가스(47)는 냉각 유체(52)와 접촉하여 냉각 유체 중 일부를 기화시키고, 따라서, 합성가스(47)를 냉각시키고 합성가스(47)로부터 혼입된 미립자 및/또는 물을 제거한다.
침적관(54)으로부터, 합성가스는 외부 챔버(60)를 통해 상향으로 유동할 수 있다. 외부 챔버(60)는 일반적으로 침적관(54)과 용기(50)의 벽체 사이의 환형 공간에 형성될 수 있다. 가스화 시스템 구성요소(46) 내의 유동 변동을 감소시키기 위해, 환형 감쇠판(130)이 용기(50)의 벽체와 침적관(54) 사이에서 외부 챔버(60) 내에서 연장된다. 도 2에 도시되는 감쇠판(70)과 유사하게, 감쇠판(130)은 냉각 액체(52)의 풀 내의 유동 변동으로부터 에너지를 소산시키도록 설계될 수 있다. 감쇠판(130)은 침적관(54)의 외경에 일반적으로 대응하는 내경(126)을 가질 수 있다. 감쇠판(130)은 용기(50)의 내경에 일반적으로 대응하는 외경(74)을 가질 수 있다. 따라서, 감쇠판(130)은 외부 챔버(60)를 통한 냉각 유체(52)의 유동을 제한하도록 용기(50)의 벽체 및 침적관(54)과 연속하여 배치될 수 있다. 감쇠판(130)은 용접, 볼트 연결, 또는 다른 적절한 수단에 의해 용기(50)의 벽체 및/또는 침적관(54)에 고정될 수 있다.
감쇠판(130) 내의 구멍을 이용하여 냉각 유체(52)가 감쇠판(130)을 통해 유동할 수 있다. 그러나, 구멍(75)에 의해 외부 챔버(60)를 통해 제공되는 유동 면적은 감쇠판(130)에 의해 제한되지 않는 외부 챔버(60)의 단면 내의 유동 면적보다 훨씬 작을 수 있다. 소정의 실시예에 따르면, 감쇠판(130)은 적어도 대략 50-100%(및 그 사이의 모든 범위)만큼 외부 챔버(60)의 감쇠판 부분을 통한 유동 면적을 감소시키는 유동 제한 메커니즘으로 작용할 수 있다. 특히, 감쇠판(130)은 적어도 대략 80-100%(및 그 사이의 모든 범위)만큼 외부 챔버(60)의 감쇠판 부분을 통한 유동 면적을 감소시키는 유동 제한 메커니즘으로 작용할 수 있다.
감쇠판(130)이 냉각 유체의 풀(52) 내에 잠기도록, 감쇠판(130)이 일반적으로 외부 챔버(60) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 감쇠판(130)이 외부 챔버(60) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(76) 아래에 배치될 수 있다. 소정의 실시예에서, 감쇠판(130)은 흡출관(56) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(78) 위에 배치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 감쇠판(130)은 흡출관(56) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(78) 아래에 배치될 수 있다. 게다가, 감쇠판(130)은 일반적으로, 감쇠판의 구멍 내 미립자 축적을 방지하기 위해 용기(50)의 원추부(59) 위에 충분한 높이로 배치될 수 있다.
도 5는 감쇠판(130)의 평면도이다. 감쇠판(130)은 외경(74)과 내경(126) 사이의 차이에 의해 일반적으로 구획되는 표면적(80)을 포함한다. 구멍(75)이 표면적(80) 주위로 원주방향으로 이격될 수 있다. 상술한 바와 같이, 구멍(75)의 면적과 표면적(80)은 물이 용기(50) 내에서 수직으로 외부 챔버(60)를 통과하기에 가용한 총 환형 유동 면적에 일반적으로 대응할 수 있다. 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 감쇠판(130)은 표면적(80) 내에 배치되는 구멍(75)에 의해 제공되는 면적으로 유동 면적을 제한하도록 설계될 수 있다. 소정의 실시예에 따르면, 구멍(75)들의 면적은 표면적(80) 및 구멍(75)에 의해 규정되는 바와 같이, 가용 총 환형 유동 면적의 대략 1-50%를 나타낼 수 있다. 감쇠판(130) 내에서, 구멍(75)의 수, 간격, 크기, 및 형상은 가변적일 수 있다. 예를 들어, 구멍(75)은 다른 모양들 중에서도 원형, 원장방형(oblong), 타원형, 장방형, 정사각형, 또는 육각형 단면을 가질 수 있다. 더욱이, 다양한 형상 및 크기의 임의의 개수의 구멍이 감쇠판 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 구멍(75)의 크기 및 개수는 플러깅(plugging)에 저항하기에 충분히 큰 구멍을 제공하면서 유동 면적의 요망 감소를 제공하도록 고정될 수 있다.
도 2 내지 도 5에 도시되는 유동 감쇠 메커니즘은 개별적으로, 또는 서로와 조합되어 이용될 수 있다. 게다가, 유동 감쇠 메커니즘의 상대적인 크기, 형상, 및 기하구조가 변할 수 있다. 더욱이, 소정의 실시예에서, 흡출관(56) 및/또는 냉각 링(68)과 같은 소정의 구성요소가 생략될 수 있다. 유동 감쇠 메커니즘은 초기 제작 중 가스화 시스템 구성요소(46)에 이용될 수도 있고, 또는, 유동 감쇠 메커니즘이 기존 가스화 시스템 구성요소(46) 내로 개장될 수 있다. 더욱이, 유동 감쇠 메커니즘은 다른 것들 중에서도 탄소계 연료의 타입, 시스템 효율, 시스템 부하, 또는, 환경 조건과 같은 작동 파라미터에 기초하여 조정되어, 요망하는 양의 유동 감쇠를 달성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 예시적인 가스화기(210)가 개시된다. 가스화기(210)는 상측 단부에 연소실(214)과, 하측 단부에 냉각실(216)을 구비한 외측 쉘(212)을 포함한다. 연소실(214)에는 정상 작동 온도에 견딜 수 있는 내화 벽체(218)가 제공된다. 버너(220)가 경로(222)를 통해 연료 소스(224)에 연결된다. 석탄, 코크스, 등과 같은 분쇄된 탄소계 연료를 포함하는 연료 스트림이 연소실(214)의 상측 벽체 상에 탈착가능하게 배치된 버너(220)를 통해 연소실(212) 내로 공급된다. 버너(220)는 산소 또는 에어와 같은 가스를 공급하도록 구성된 연소 지원 가스 소스(228)에 경로(226)를 통해 또한 연결된다.
연소가능한 연료는 연소실(214)에서 연소되어, 합성가스와 미립자 고체 잔류물을 포함하는 유출물을 생성한다. 고온 유출물은 연소실(214)로부터 쉘(212)의 하측 단부에 제공되는 냉각실(216)로 공급된다. 냉각실(216)은 가압 소스(230)에 연결되고, 액체 냉매(232)(바람직한 경우, 물)의 풀을 냉각실(216)에 공급하도록 구성된다. 냉각실 풀(216) 내 액체 냉매의 수위는 연소실(214)로부터 냉각실(216) 내로 공급되는 유출물의 조건에 따라 효율적인 작동을 보장하기 위해 요망 높이로 유지된다. 가스화기 쉘(212)의 하측 단부에는 방출 포트(234)가 제공되고, 방출 포트(234)를 통해 물 및 미세 미립자들이 슬러리 형태로 냉각실(216)로부터 제거된다.
도시되는 실시예에서, 연소실(214)의 제한된 부분(236)이 침적관(238)을 통해 냉각실(216)에 연결된다. 고온 유출물이 연소실(214)로부터 침적관(238)의 통로(240)를 통해 냉각실(216)의 액체 냉매(232)에 공급된다. 냉각 링(242)이 침적관(238)에 인접하여 배치되고 가압 소스(230)에 연결되어, 하향 유출물 유동을 최적으로 수용하도록 습식 조건 하에서 침적관 내측 벽체를 지지하게 된다. 침적관(238)의 하측 단부(244)는 톱니 형상으로 액체 냉매(232)의 표면 아래에 위치하여, 유출물의 냉각을 효과적으로 달성하게 된다.
합성가스는 액체 냉매(232)와 접촉하여 냉각된 합성가스를 생성한다. 상술한 바와 같이, 유출물의 가스 성분은 냉각실(216)로부터 배출 경로(252)를 통해 추가적인 처리를 위해 방출된다. 그러나, 냉각실을 통과함에 있어, 가스 성분은 실질적인 양의 액체 냉매를 지니게 될 것이다. 냉각실로부터 하류 장비 내로 운반되는 과량의 액체는 작동 상의 문제점을 제시하는 것으로 판명되었다. 도시되는 예시적인 실시예에서, 비대칭 또는 대칭 형상 배플(254)이 냉각실(216)의 배출 경로(252)에 인접하여 배치된다. 배플(254)은 액체 냉매(232)의 표면 위 소정 거리에서 연장된다. 정상적인 냉각 경로에서, 냉각된 가스 스트림은 소정 양의 액체 냉매를 운반할 것이다. 그러나, 냉각된 가스 스트림이 배플(254)의 내측 표면에서 충돌함에 따라, 가스 스트림 내 혼입된 액체 내용물이 배플(254)의 내측 표면 상에서 합쳐지는 경향을 나타낸다. 배플(254) 충돌 후 가스 스트림은 방향을 역전시켜서 경로(256)를 따라 배출 경로(252) 내로 이동한다. 도시되는 가스화기는 예시적인 실시예에 해당하며, 가스화기의 다른 구성도 물론 고려될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 예시적인 냉각실(216)은 합성가스가 냉각실에 유입되기 전에 합성가스 온도를 부분적으로 하강시키도록 구성되는 방사형 합성가스 냉각기 아래에 배치될 수 있다. 냉각실(216)의 세부사항은 이어지는 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
여기서 설명되는 바와 같이, 고온 유출물은 연소실(214)로부터 침적관(238)의 통로(240)를 통해 냉각실(216) 내 액체 냉매(232)로 공급된다. 침적관(238)의 하측 단부(244)는 톱니 형상으로 액체 냉매(232)의 표면 아래에 위치하여, 유출물의 냉각을 효율적으로 달성하게 된다. 도시되는 실시예에서 흡출관이 없음을 주목하여야 한다. 합성가스는 액체 냉매(232)와 접촉하여 냉각된 합성가스를 생성한다. 냉각된 합성가스는 배플(254)의 내측 표면에 충돌한다. 냉각된 가스 스트림이 배플(254)의 내측 표면과 충돌함에 따라, 가스 스트림 내 혼입된 액체 내용물이 배플(254)의 내측 표면 상에서 합쳐지는 경향을 나타낼 것이다. 냉각된 합성가스는 그 후 냉각실(216)의 배출 경로(252)를 향해 지향된다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 형태에 따른 가스화 냉각실 및 스크러버 조립체 또는 가스화 조립체(300)가 도시된다. 가스화 조립체(300)는 스크러버(가령, 벤투리 스크러버(venturi scrubber))(400)와 유체 연통되는 냉각실(310)을 포함한다.
냉각실(310)은 상측부(350) 및 하측부(340)를 포함하는 개선된 냉각실을 포함할 수 있다. 하측부(340)는 수위 변동 및 슬로싱(sloshing)을 감쇠시키도록 구성되는 안정성 배플(안정화 장치, 330)을 포함할 수 있다. 하측부 내에 냉매(502)의 저장소가 위치한다. 상측부(350)는 기존 합성가스 내에 포함된 과량의 수분 또는 물을 제거하기 위한 수단을 제공하는 배플(315)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는 배플이 존재하지 않는다.
냉각실(310)은 복수의 구멍 또는 천공부(325)를 갖는 침적관(320)을 더 포함한다. 침적관(320)은 상측부(350)로부터 하측부(340)로 연장된다. 실시예에서, 냉각관이 사용되지 않는다. 따라서, 이러한 실시예에서, 침적관과 냉각관 사이에 환형 공간이 존재하지 않으며, 대신에, 이러한 실시예에서 환형 "공간"은 침적관(320)의 외부로부터 냉각실(310)의 상측부(350)의 내면까지 계속하여 연장된다.
상측부(350)는 냉각실(310)의 상측부(350) 내 배출구(370)를 향해 이동함에 따라 기존 합성가스(506)를 냉각시키도록 구성되는 냉각 장치(360)를 더 포함한다.
도시되는 바와 같이, 합성가스, 슬래그(slag), 및 미세분(fines)의 혼합물(500)이 상류 가스화기(11)(도 1)로부터 침적관(320)에 유입된다. 혼합물(500)은 냉각실(310)의 제 2 부분(340)에 함유된 냉매(502)와 접촉한다. 혼합물(500)은 냉매(502)와의 접촉에 따라 냉각되고, 슬래그(504)가 냉각실(310)의 하부에 축적된다. 냉각된 합성가스(506)가 안정성 배플(330) 위에서 냉매(502) 위로 떠오른다. 냉각된 합성가스(506)가 배출구(370)를 향해 작용함에 따라, 냉각 장치(360)에 의해 더욱 냉각된다. 냉각 장치(360)에 의해 제공되는 추가적인 냉각은, 합성가스 내에 혼입된 수분을 더욱 제거하게 되고, 따라서, 배출되는 건식 포화 합성가스(508)를 제공하게 된다.
냉각실(310)을 빠져나오면, 건식 포화 합성가스(508)가 스크러버(가령, 벤투리 스크러버)(400)를 향해 하류로 향한다. 건식 포화 합성가스(508)는 수송 라인(390)을 통과하여, 복수의 분무 장치(냉매 공급기,395)를 향한다. 분무 장치(395)는 합성가스(510)로부터 미세분 및 물의 제거를 또한 돕는다. 합성가스(510)가 벤투리 스크러버(400)로 진행함에 따라, 추가적인 미세분 및 물(512)이 축적되고, 상승하는 합성가스(514)에 원심 분리가 적용된다. 건식 합성가스(516)는 결국 벤투리 스크러버(400)를 빠져나와, 예를 들어, 연소기(29)(도 1)를 향하게 된다.
도 8a를 참조하면, 냉각실(310)의 상측부(350)의 확대 단면도가 도시된다. 도시되는 실시예에서 냉각 장치(360)는 냉매(502) 위에, 상측부(350) 내에 위치한 열교환기 파이프를 포함한다. 도시되는 바와 같이, 실시예는 침적관(320)을 둘러싸는 나선형 열교환기 라인(열교환기 파이프, 364)으로 이어지는 냉수 입력 라인(362)을 포함한다. 열교환기 라인(364)의 다른 단부에는 배출 라인(366)이 위치한다. 도시되는 바와 같이, 냉수가 냉수 입력 라인(362)에 유입될 수 있다. 상승하는 합성가스(506)가 열교환기 라인(364)을 거치면, 열교환기 라인(364) 내의 냉수가 가열되어 온수 및/또는 스팀이 되게 된다. 따라서, 온수 및/또는 스팀이 배출 라인(366)에서 빠져나와, 예를 들어, 열 회수 스팀 발생기(26)(도 1) 또는 다른 적절한 재사용 장치로 복귀하게 된다. 건식 포화 합성가스(508)는 냉각실(310)의 배출구(370)를 빠져나온다.
도 8a에 도시되는 실시예는 여러 가지 장점을 제공한다. 흡출관 생략은 냉각 안정성을 증가시킨다. 냉각실(310)의 가스 상(gas phase)에 위치하는 열교환기 라인(364)은 냉매(502)와 배출구(370) 사이의 유효 거리를 증가시킨다. 열교환기 라인(364)은 합성가스에 대해 비틀린 또는 미로형의 경로를 또한 제공하여, 혼입 배플에 대한 필요가 감소되거나 없어지게 된다. 더욱이, 열교환기 라인(366)에 의해 얻어지는 열의 재사용은 시스템의 전체 효율을 증가시킨다.
도 8b를 참조하면, 다른 실시예의 냉각실(310)의 상측부(350)의 확대 단면도가 도시된다. 도시되는 실시예의 냉각 장치(360)는 냉매(502) 위에, 냉각실(310)의 상측부(350)의 복수의 냉수 급수기(가령, 분무기)(368)를 포함한다. 도 8b에 도시되는 바와 같이, 그리고 도 9에 도시되는 평면도에서, 일 실시예는 냉각실(310)의 상측부(350)의 주변부 주위로 원주방향으로 위치하는 복수의 냉수 급수기(368)를 포함한다. 냉수 급수기(368)는 배출구(370) 근처에 하나도 위치하지 않는 점을 제외하곤, 주변부 주위로 균일하고 완전하게 분포할 수 있다. 이러한 방식으로, 냉수 급수기(368)가 페러뉼러(perannular) 방식으로 분포된다. 본 실시예에서, 배플(도시되지 않음)이 이용될 수도 있고 이용되지 않을 수도 있다. 건식 포화 합성가스(508)는 냉각실(310)의 배출구(370)를 빠져나간다.
도 8b 및 도 9에 도시되는 실시예는 여러 가지 장점을 제공한다. 흡출관의 생략은 냉각 안정성을 증가시킨다. 구멍난 침적관(도 7 참조)은 안정성 및 합성가스 통기를 향상시킨다. 더욱이, 추가적인 합성가스 냉각이 물 분무에 의해 제공되고 있다. 배출구(370)에서의 플러깅 문제점은 냉각실(310)의 상측부(350)의 청정 가스측에만 냉수 급수기(368)를 제공함으로써 완화될 수 있다.
본 발명의 형태는 가스화 냉각실 및 스크러버 설계 분야에서 여러 장점을 제공한다. 먼저, 흡출관을 제거하고 대신에 침적관에 구멍을 냄으로써, 이러한 설계는 침적-흡출관 고리의 플러깅 문제를 방지할 수 있다. 복잡한 환형 유동 영역 및 동역학적 문제점들을 또한 방지할 수 있다. 복잡한 2-상 영역을 방지함으로써 혼입이 적어진다. 그 결과, 동일한 합성가스 처리량을 유지하면서도 냉각실 직경을 감소시킬 가능성이 존재한다.
일 실시예에서, 냉각실에서 합성가스를 냉각하기 위한 열교환기 튜브는 임의의 혼입 배플에 대한 필요성을 대체한다. 열 회수 스팀 발생기를 위해 물을 예열함으로써 효과적인 열 회수가 제공된다. 더욱이, 안정성 배플을 이용하여 동역학적 냉각(quench dynamics)을 감소시키고 슬로싱을 방지할 수 있다.
실시예에서, 더욱 효과적인 벤투리 스크러버를 현재의 표준 스크러버 대신에 이용한다. 벤투리 스크러버의 미세분 제거를 돕는 원심 분리로 인해 데미스터 조립체(demister assembly)가 필요치 않다.
본 발명의 형태로부터 벗어남이 없이 냉각실, 침적관, 및/또는 흡출관의 다양한 구조가 이용될 수 있다. 예를 들어, 여기서 소정의 도면(예를 들어, 도 4, 도 6, 도 7, 도 8a, 및 도 8b)들이 침적관만의 구조를 갖는 냉각실을 도시하고 있으나, 대안으로서, 냉각실이 침적 및 흡출관 관-전용 구조, 침적/흡출-냉각 링 구조, 등을 가질 수도 있다.
도 2 내지 도 9에 도시되는 다양한 혼입 완화 및/또는 유동 감쇠 메커니즘은 개별적으로 이용될 수도 있고, 서로 조합하여 이용될 수도 있다. 더욱이, 혼입 완화 메커니즘의 상대적 크기, 형성, 및 기하구조가 변할 수 있다. 혼입 완화 및/또는 유동 감쇠 메커니즘은 초기 제작 중 냉각실에서 이용될 수도 있고, 또는, 혼입 완화 및/또는 유동 감쇠 메커니즘이 기존 냉각 유닛 내에 개장될 수도 있다. 더욱이, 혼입 완화 및/또는 유동 감쇠 메커니즘이, 다른 것 중에서도, 탄소계 연료의 타입, 시스템 효율, 시스템 부하, 또는 환경 조건과 같은 작동 파라미터에 기초하여 조정되어, 요망하는 양의 유동 감쇠를 달성할 수 있다.
이러한 서면의 설명이 예를 이용하여 최적 모드를 포함하여 본 발명을 개시하였고, 당업자로 하여금 임의의 장치 또는 시스템의 제작 및 이용과 임의의 채택된 방법의 실행을 포함하여 본 발명을 실시할 수 있게 하였다. 본 발명의 특허가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되며, 당업자에게 이루어지는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은, 청구범위의 글자 그대로의 기재와 다르지 않는 구조적 요소들을 가질 경우, 또는, 청구범위의 글자 그대로의 기재와 실질적 차이가 없는 동등한 구조적 요소들을 포함할 경우, 청구범위의 보호 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
본 발명의 소정의 특징만이 여기서 설명되고 도시되었으나, 많은 변형예 및 변화가 당업자에게 나타날 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진실한 사상 내에 있는 이러한 모든 변형예 및 변화들을 포괄하는 것으로 간주된다.
300 : 가스화 냉각실 및 스크러버 조립체
310 : 가스화 냉각실
315 : 배플
320 : 침적관
325 : 구멍, 천공부
330 : 안정성 배플, 안정화 장치
340 : 하측부
350 : 상측부
360 : 냉각 장치
364 : 열교환기 라인, 열교환기 파이프
370 : 배출구
500 : 합성가스 혼합물
502 : 액체 냉매
504 : 슬래그
506 : 기존 합성가스

Claims (10)

  1. 가스화 냉각실(310)에 있어서,
    하측부(340)에 배치된 액체 냉매(502)와, 냉각된 합성가스(506, 508)를 배출하기 위한 배출구(370)를 포함하는 상측부(350)를 갖는 저장소와,
    합성가스 혼합물(500)을 유입시켜서 상기 액체 냉매(502)와 접촉하게 하고 따라서 냉각된 합성가스(506)를 생성하도록 구성되는 침적관(320)으로써, 상기 침적관(320)의 외측 표면과 상기 저장소의 외측 주변부는 상기 냉각된 합성가스가 유동하는 환형 공간을 형성하는, 상기 침적관과,
    상기 저장소의 상측부 내 상기 환형 공간에 위치하며, 상기 환형 공간 내의 냉각된 합성가스(506)를 추가적으로 냉각시키고 상기 액체 냉매와 상기 배출구 사이의 유효 거리를 증가시키도록 구성되는 냉각 장치(360)로써, 상기 냉각 장치는 상기 침적관과 접촉하지 않는 열교환기 파이프를 포함하는, 상기 냉각 장치와,
    냉매 수위 변동 및 슬로싱(sloshing)을 완화시키도록 구성되는, 상기 하측부(340) 내의 안정화 장치(330)를 포함하는
    가스화 냉각실.
  2. 제 1 항에 있어서,
    냉각된 합성가스(506)로부터 혼입된 액체 내용물을 제거하도록 구성되는, 상기 상측부(350) 내의 배플(315)을 더 포함하는
    가스화 냉각실.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 침적관(320)의 인접 단부는 복수의 천공부(325)를 포함하고, 상기 인접 단부는 상기 저장소의 하측부(340)에 인접하여 위치하는
    가스화 냉각실.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 장치(360)는 상기 상측부(350) 내로 냉매를 공급하도록 구성되는 냉매 공급기(395)를 포함하는
    가스화 냉각실.
  5. 제 4 항에 있어서,
    냉각된 합성가스(506)로부터 혼입된 액체 내용물을 제거하도록 구성되는, 상기 상측부(350) 내의 배플(315)을 더 포함하는
    가스화 냉각실.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉매 공급기(395)는 상기 저장소의 주변부의 적어도 일부분 주위로 원주방향으로 배치되는 복수의 냉매 공급기(395)를 포함하는
    가스화 냉각실.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기 파이프(364)는, 상기 열교환기 파이프(364)를 통해 유동하는 냉각된 합성가스의 상호작용에 의해, 스팀 또는 온수 중 적어도 하나를 생성하도록 구성되는
    가스화 냉각실.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 침적관(320)을 둘러싸서 그 사이에 환형 공간을 구획하는 흡출관을 더 포함하는
    가스화 냉각실.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 안정화 장치(330)는 상기 저장소의 외측 주변부와 상기 침적관(320)의 외측 표면 사이의 환형 공간을 채우는
    가스화 냉각실.
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