KR101893805B1 - 팁 교체형 가스화기용 버너, 그 가스화기용 버너의 작동방법 및 그 가스화기용 버너가 적용된 가스화기 및 가스화 시스템 - Google Patents
팁 교체형 가스화기용 버너, 그 가스화기용 버너의 작동방법 및 그 가스화기용 버너가 적용된 가스화기 및 가스화 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 팁 교체형 가스화 버너, 그 가스화 버너의 작동방법 및 그 가스화 버너가 적용된 가스화기에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 가스화기 내부로 고체연료 슬러리와 산화제를 분사시키기 위한 가스화기용 버너에 있어서, 고체연료슬러리가 유입되어 토출되는 연료공급관; 상기 연료공급관의 외면과 특정간격 이격되어 이격공간으로 산화제가 유입되는 산화제공급관; 토출단 측에 구비되어, 상기 연료공급관 내의 고체연료슬러리가 토출되는 연료토출홀과, 상기 산화제공급관 내의 산화제가 토출되는 적어도 하나의 산화제토출홀이 형성된 고정노즐; 및 탈부착 수단에 의해 상기 고정노즐에 탈부착되며, 연료분사홀과 적어도 하나의 산화제분사홀이 형성된 교체용 노즐팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너에 관한 것이다.
Description
본 발명은 팁 교체형 가스화기용 버너, 그 가스화기용 버너의 작동방법 및 그 가스화기용 버너가 적용된 가스화기에 대한 것이다.
전력의 효율적인 수급과 환경의 보호를 위하여, 세계 선진국에서 다양한 방법으로 전력생산을 도모하고 있으며, 특히 석유나 가스에 비하여 엄청난 매장량이 있는 석탄의 이용이 계속적으로 연구 추진되고 있는 실정이다. 석탄을 이용하는 연구에 있어서도 특히 청정석탄이용기술(Clean CoalTechnology)은 세계적으로 집중투자가 이루어지는 분야이며, 분류층 석탄가스화는 선진의 몇몇 국가에서 상업화를 위한 연구 개발에 박차를 가하고 있다. 이들은 기술은 대부분의 전처리 및 분무가 용이한 미분탄을 이용한 기술을 응용하고 있으며, 극히 소수만이 슬러리 방식의 가스화를 추진하고 있다.
일반적으로 사용되는 가스나 기름버너는 상압과 일반 연소상태의 온도(1000℃ 이하)에서 이용되는 버너로 연소의 효율을 증대시키고, 고부하에 적용할 수 있도록 공기 및 연료의 선회기를 부착하여 사용하고 있다. 이러한 장치의 부착으로 버너의 내부구조가 복잡하게 된다. 그러나 이러한 장치는 가스용 버너에 있어서는 효과적인 시스템으로 여겨지고 있으나, 고온(1500∼2000℃) 고압(20∼40 기압)및 산소를 산화제로서사용되는 슬러리용 버너로는 쉽게 내부의 막힘 현상과 고온·고압에 의한 연결 부위의 파열 및 슬러리의 막힘 현상이 발생하게 되며 고온의 열에 쉽게 녹아 버리게 되는 문제점이 있었다.
도 1은 통상의 석탄 가스화 시스템(1)의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가스화 시스템(1)은 석탄분쇄기(3)에 의해 석탄을 분쇄하여 물과 혼합하여, 석탄슬러리를 형성시키고, 석탄슬러리 저장탱크(3)에서 교반시켜, 슬러리펌프(5)에 의해 가스화기(6)로 투입되게 됨을 알 수 있다.
도 2는 종래 석탄 가스화기(6)의 단면도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가스화기(6) 내부에서 석탄의 가스화 반응이 진행되며, 가스화기 상부측에 가스화기용 버너(10)가 장착되어, 버너에 의해 산화제와 혼합된 연료가 분사되어 점화되게 됨을 알 수 있다.
도 3은 종래 석탄가스화기용 버너(10)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4a는 종래 석탄 가스화기용 버너(10)의 부분 정면도를 도시한 것이다. 또한, 도 4b는 종래 석탄 가스화기용 버너(10)의 부분 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5a는 종래 석탄 가스화기용 버너(10)의 정면도를 도시한 것이다. 또한, 도 5b는 종래 석탄 가스화기용 버너(10)의 노즐부 사진를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래 외부 혼합식 석탄 가스화기용 버너(10)는 석탄 슬러리가 유입되어 분사되는 연료공급관(110)과, 연료공급관(110)의 외면과 이격공간을 갖도록 관형태로 구성되며 일측에 산화제 유입부(121)를 갖는 산화제 공급관(120)을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
그리고, 가스화용 버너(10)의 끝단에는 산화제 공급관(120) 내로 유입된 산화제를 가스화기(6) 내부 공간으로 분사시키기 위한 산화제분사홀(212)이 형성되어 진다. 따라서, 석탄슬러리는 연료공급관(110)을 통해 가스화기(6) 내부로 분사되고, 산화제는 산화제분사홀(212)을 통해 가스화기(6) 내부로 분사되게 된다.
또한, 종래 가스화용 버너(10)는 도 3, 도 4a, 도 4b 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 산화제분사홀(212)의 길이방향(산화제의 분사방향)과, 연료공급관(110)을 통한 석탄슬러리의 분사방향 평행되지 않고, 특정각도를 가짐을 알 수 있다.
즉, 연료공급관(110)의 길이방향과 산화제분사홀(212)의 길이방향은 약 10 ~ 40°정도의 각도를 갖고 있다. 또한, 종래 가스화용 버너(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 버너를 냉각시키기 위한 냉각수단(140)을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
또한, 석탄 가스화 공정에서 가스화용 버너는 가스화기 성능과 용량, 유지보수 기간에 영향을 미치게 된다.
또한, 습식 분류층 가스화 장치에 사용되는 버너는 석탄과 물이 혼합된 석탄 슬러리의 사용으로 인하여 마모도가 높아 버너 성능 저하로 인하여 잦은 교체가 필요한 문제점이 존재한다.
노즐이 마모되게 되는 경우, 종래 가스화용 버너 전체를 교체해야하며, 분사홀 크기과 노즐 크기, 분사홀 개수, 각도가 고정되어 있어, 가스화기 운전조건에 따라 버너 전체를 교체해야하기 때문에 비효율적인 문제가 존재하였다.
(특허문헌 001) 대한민국 등록특허 제0138690호
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 교체형 노즐팁을 적용하여 기존 버너의 끝단에 다양한 형태의 노즐팁을 교체하여 사용할 수 있는 팁 교체형 가스화기용 버너, 그 가스화기용 버너의 작동방법 및 그 가스화기용 버너가 적용된 가스화기 및 가스화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 가스화기 운전조건 및 용량에 따라서 교체형 노즐팁을 선정하여 교체하여 적용할 수 있으며, 1대의 버너로 다양한 운전조건을 대응할 수 있으며, 노즐 마모시 노즐부위만 선택적으로 교체하여 비용을 절감할 수 있는 팁 교체형 가스화기용 버너, 그 가스화기용 버너의 작동방법 및 그 가스화기용 버너가 적용된 가스화기 및 가스화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 가스화기 노즐의 산화제분사홀 개수를 6 ~ 12개 범위에서 다양하게 제작가능하며, 용량에 따라서 노즐 크기를 다르게 하여 적용할 수 있고, 노즐캡의 토출구멍의 크기 변화, 내면의 각고 변화를 통하여 분사형태를 조절할 수 있는 팁 교체형 가스화기용 버너, 그 가스화기용 버너의 작동방법 및 그 가스화기용 버너가 적용된 가스화기 및 가스화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 가스화기 내부로 고체연료 슬러리와 산화제를 분사시키기 위한 가스화기용 버너에 있어서, 고체연료슬러리가 유입되어 토출되는 연료공급관; 상기 연료공급관의 외면과 특정간격 이격되어 이격공간으로 산화제가 유입되는 산화제공급관; 토출단 측에 구비되어, 상기 연료공급관 내의 고체연료슬러리가 토출되는 연료토출홀과, 상기 산화제공급관 내의 산화제가 토출되는 적어도 하나의 산화제토출홀이 형성된 고정노즐; 및 탈부착 수단에 의해 상기 고정노즐에 탈부착되며, 연료분사홀과 적어도 하나의 산화제분사홀이 형성된 교체용 노즐팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너로서 달성될 수 있다.
또한, 연료분사홀의 위치, 직경과, 개수 및, 산화제분사홀의 위치, 직경과 개수가 서로 다른 복수의 교체용 노즐팁이 상기 고정노즐에 탈부착 가능하도록 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 산화제분사홀의 개수는 4 ~ 12개인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 산화제는 산소인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고체연료는 석탄인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 교체용 노즐팁은, 내부 공간을 갖고 일단은 상기 고정노즐에 탈부착되며 타단에는 장착홀이 형성된 체결부재; 상기 체결부재의 내부공간에 구비되며, 연료분사홀과 적어도 하나의 산화제분사홀이 구비된 내부노즐; 및 일단은 상기 체결부재의 내부공간에 장착되며, 토출홀이 형성된 타단은 상기 장착홀에 삽입되어 돌출되도록 구성된 노즐캡을 포함하여, 상기 체결부재가 상기 고정노즐에 체결되어, 상기 내부노즐과 상기 노즐캡이 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 산화제분사홀을 통해 산화제가 상기 노즐캡의 내부로 유입되고, 상기 연료분사홀을 통해 고체연료슬러리가 상기 노즐캡의 내부로 유입되어, 상기 토출홀을 통해 가스화기로 분사되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 연료분사홀의 위치, 직경과, 개수 및, 산화제분사홀의 위치, 직경, 분사각도과 개수 및 내부노즐의 길이 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 내부노즐이 교체가능하도록 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 토출홀의 직경, 내부 단면 형태, 내면 거칠기 및 분사각도 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 노즐캡이 교체 가능하도록 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 노즐캡은 내열성 소재, 세라믹 또는 스테인리스로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 내열성 소재는 하스텔로이 및 인코넬 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 노즐캡 일측에는 상기 노즐 캡을 냉각시키도록 구성된 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 산화제공급관 외면과 이격되어 구비되며 냉각수 유입부를 통해 이격공간으로 냉각수를 유입시켜 버너를 냉각시키는 냉각관을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 냉각관은, 이중관 형태로 구성되며, 외면 일측에 상기 냉각수 유입부가 구비되고, 내면 일측에는 냉각수 토출부가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 고체연료슬러리와 산화제가 내부로 분사되어 고체연료가 가스화 반응되는 가스화기에 있어서, 상기 가스화기 일측에 구비되는 앞서 언급한 제 1목적에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너;를 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너가 적용된 가스화기로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제3목적은, 고체연료를 가스화시키기 위한 시스템에 있어서, 고체연료를 분쇄시키는 고체연료분쇄기; 분쇄된 고체연료를 물과 혼합하여 고체연료슬러리를 생성시키는 고체연료슬러리 저장탱크; 상기 고체연료슬러리와 산화제가 분사되어 가스화 반응이 진행되는 가스화기; 및 상기 가스화기 내부로 고체연료슬러리와 상기 산화제를 분사시키는 앞서 언급한 제 1목적에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료 가스화 시스템으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제4목적은, 팁 교체형 가스화기용 버너의 작동방법에 있어서, 연료공급관으로 고체연료슬러리가 유입되고, 연료공급관의 외면과 특정간격 이격되도록 구성된 산화제공급관의 이격공간으로 산화제가 유입되는 단계; 고정노즐의 연료토출홀을 통해 고체연료슬러리가 토출되고, 적어도 하나의 산화제토출홀을 통해 산화제가 토출되는 단계; 및 탈부착 수단에 의해 상기 고정노즐에 탈부착되는 교체용 노즐팁의 연료분사홀을 통해 상기 연료토출홀에서 토출된 고체연료슬러리가 가스화기 내부로 분사되고, 교체용 노즐팁의 적어도 하나의 산화제분사홀을 통해 산화제토출홀에서 토출된 산화제가 분사되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너의 작동방법으로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 교체용 노즐팁을 탈착하고, 고체연료의 종류, 반응조건, 가스화기 운전조건 및 용량에 따라, 연료분사홀의 위치, 직경과, 개수 및, 산화제분사홀의 위치, 직경과 개수가 서로 다른 복수의 교체용 노즐팁 중 어느 하나를 선정하여 교체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 교체용 노즐팁은, 상기 고정노즐에 탈부착되며 장착홀이 형성된 체결부재와, 상기 체결부재의 내부공간에 구비되며, 연료분사홀과 적어도 하나의 산화제분사홀이 구비된 내부노즐; 및 일단은 상기 체결부재의 내부공간에 장착되며, 토출홀이 형성된 타단은 상기 장착홀에 삽입되어 돌출되도록 구성된 노즐캡을 포함하고, 상기 분사되는 단계는, 내부노즐의 연료분사홀을 통해 고체연료슬러리가 상기 노즐팁 내부로 토출되고, 상기 내부노즐의 적어도 하나의 산화제분사홀을 통해 산화제가 상기 노즐팁 내부로 토출되는 단계; 및 상기 노즐팁 내부에서 산화제와 고체연료슬러리가 혼합되어, 토출홀을 통해 가스화기 내부로 분사되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 고체연료의 종류, 반응조건, 가스화기 운전조건 및 용량에 따라, 연료분사홀의 위치, 직경과, 개수 및, 산화제분사홀의 위치, 직경, 분사각도과 개수 및 내부노즐의 길이 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 복수의 내부노즐 중 어느 하나를 선정하여 교체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 고체연료의 종류, 반응조건, 가스화기 운전조건 및 용량에 따라, 토출홀의 직경, 내부 단면 형태, 내면 거칠기 및 분사각도 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 복수의 노즐캡 중 어느 하나를 선정하여 교체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 교체형 노즐팁을 적용하여 기존 버너의 끝단에 다양한 형태의 노즐팁을 교체하여 사용할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 가스화기 운전조건 및 용량에 따라서 교체형 노즐팁을 선정하여 교체하여 적용할 수 있으며, 1대의 버너로 다양한 운전조건을 대응할 수 있으며, 노즐 마모시 노즐부위만 선택적으로 교체하여 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 가스화기 노즐의 산화제분사홀 개수를 6 ~ 12개 범위에서 다양하게 제작가능하며, 용량에 따라서 노즐 크기를 다르게 하여 적용할 수 있고, 노즐캡의 토출구멍의 크기 변화, 내면의 각고 변화를 통하여 분사형태를 조절할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 석탄가스화 시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 종래 석탄 가스화기의 단면도,
도 3은 종래 석탄 가스화기용 버너의 단면도,
도 4a는 종래 석탄 가스화기용 버너의 부분 정면도,
도 4b는 종래 석탄 가스화기용 버너의 부분 단면도,
도 5a는 종래 석탄 가스화기용 버너의 정면도,
도 5b는 종래 석탄 가스화기용 버너의 끝단부 사진,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 사시도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 분해 단면도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 고정노즐부분의 정면도,
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 부분 측면도,
도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 부분 단면도,
도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 부분 분해 단면도,
도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 내부노즐의 정면도,
도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 내부노즐의 단면도,
도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐캡의 정면도,
도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐캡의 단면도,
도 12a는 본 발명의 일실시예에 따른 체결부재의 정면도,
도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 체결부재의 단면도,
도 13a는 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐캡의 단면도,
도 13b는 본 발명의 제2실시예에 따른 노즐캡의 단면도,
도 13c는 본 발명의 제3실시예에 따른 노즐캡의 단면도,
도 13d는 본 발명의 제4실시예에 따른 노즐캡의 단면도를 도시한 것이다.
도 1은 종래 석탄가스화 시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 종래 석탄 가스화기의 단면도,
도 3은 종래 석탄 가스화기용 버너의 단면도,
도 4a는 종래 석탄 가스화기용 버너의 부분 정면도,
도 4b는 종래 석탄 가스화기용 버너의 부분 단면도,
도 5a는 종래 석탄 가스화기용 버너의 정면도,
도 5b는 종래 석탄 가스화기용 버너의 끝단부 사진,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 사시도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 분해 단면도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 고정노즐부분의 정면도,
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 부분 측면도,
도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 부분 단면도,
도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너의 부분 분해 단면도,
도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 내부노즐의 정면도,
도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 내부노즐의 단면도,
도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐캡의 정면도,
도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐캡의 단면도,
도 12a는 본 발명의 일실시예에 따른 체결부재의 정면도,
도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 체결부재의 단면도,
도 13a는 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐캡의 단면도,
도 13b는 본 발명의 제2실시예에 따른 노즐캡의 단면도,
도 13c는 본 발명의 제3실시예에 따른 노즐캡의 단면도,
도 13d는 본 발명의 제4실시예에 따른 노즐캡의 단면도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)의 구성, 기능 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)의 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)의 분해 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)의 고정노즐(130)부분의 정면도를 도시한 것이다.
그리고, 도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)의 부분 측면도를 도시한 것이다. 또한, 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)의 부분 단면도를 도시한 것이고, 도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)의 부분 분해 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가스화기용 버너(100)는, 가스화기 내부로 고체연료 슬러리와 산화제를 분사시키기 위한 것으로, 교체형 노즐팁(200)을 적용하여 기존 버너(100)의 끝단에 다양한 형태의 노즐팁(200)을 교체하여 사용할 수 있도록 구성된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가스화기용 버너(100)는 가스화기 운전조건 및 용량에 따라서 교체형 노즐팁(200)을 선정하여 교체하여 적용할 수 있으며, 1대의 버너(100)로 다양한 운전조건을 대응할 수 있으며, 노즐 마모시 노즐부위만 선택적으로 교체하여 비용을 절감할 수 있게 다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 가스화기용 버너(100)는, 가스화기 노즐의 산화제분사홀 개수를 6 ~ 12개 범위에서 다양하게 제작가능하며, 용량에 따라서 노즐 크기를 다르게 하여 적용할 수 있고, 노즐캡(220)의 토출홀(221)의 크기 변화, 내면의 각고 변화를 통하여 분사형태를 조절할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 팁 교체형 가스화기용 버너(100)는, 고체연료슬러리가 유입되어 토출되는 연료공급관(110); 연료공급관(110)의 외면과 특정간격 이격되어 이격공간으로 산화제가 유입되는 산화제공급관(120); 토출단 측에 구비되어, 상기 연료공급관(110) 내의 고체연료슬러리가 토출되는 연료토출홀(132)과, 상기 산화제공급관(120) 내의 산화제가 토출되는 적어도 하나의 산화제토출홀(131)이 형성된 고정노즐(130); 및 탈부착 수단에 의해 상기 고정노즐(130)에 탈부착되며, 연료분사홀과 적어도 하나의 산화제분사홀이 형성된 교체용 노즐팁(200)을 포함하여 구성된다.
연료공급관(110)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 관형태로서 연료유입단(111)을 통해 고체연료슬러리가 유입되어 고정노즐(130) 측으로 유동되도록 구성되며, 또한, 산화제공급관(120)은 연료공급관(110)의 외측으로 이격된 관형태로 구성되어 산화제유입구(121)를 통해 연료공급관(110)과 산화제공급관(120) 사이 이격공간으로 산화제가 유입되어 고정노즐(130) 측으로 유동되도록 구성된다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 가스화용 버너(100)는 연료공급관(110)과 산화제공급관(120)에 의해 이중관 형태를 갖게 된다.
또한, 고정노즐(130)은 도 8에 도시된 바와 같이, 토출단측에 구비되어, 연료공급관(110)의 고체연료슬러리가 토출되는 연료토출홀(132)과, 산화제공급관(120)의 산화제가 토출되는 복수의 산화제토출홀(131)이 형성되어짐을 알 수 있다. 또한, 이러한 고정노즐(130)의 외주면으로는 나사산이 형성된 결합단(133)이 형성되어, 후에 설명되는 바와 같이, 교체용 노즐팁(200)이 탈부착될 수 있도록 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)는 고정노즐(130)의 결합단(133)으로 다양한 형태의 교체용 노즐팁(200)이 탈부착될 수 있어, 가스화 조건이나 고체연료의 특성, 실험조건에 따라 최적의 노즐팁(200)을 선정하여 교체하며 사용할 수 있다.
교체형 노즐팁(200)에는 고정노즐(130)에 탈부착 가능하도록 구성된 체결단(231)이 형성되며, 고정노즐(130)에서 토출된 고체연료슬러리를 가스화기 내부로 분사시키게 되는 연료분사홀과, 고정노즐(130)에서 토출된 산화제를 가스화기 내부로 분사시키게 되는 다수의 산화제분사홀이 형성되어 진다.
연료분사홀의 위치, 직경과, 개수 및, 산화제분사홀의 위치, 직경과 개수가 서로 다른 복수의 교체용 노즐팁(200)을 제작할 수 있고, 가스화 조건, 실험조건, 운전조건, 용량, 고체연료의 특정에 따라 최적의 교체용 노즐팁(200)을 선정하여, 고정노즐(130)에 부착하여 사용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 교체용 노즐팁(200)은, 도 7, 도 9a, 도 9b 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 체결부재(230)와, 내부노즐(210)과, 노즐캡(220)을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 내부노즐(210)의 정면도를 도시한 것이고, 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 내부노즐(210)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐캡(220)의 정면도를 도시한 것이고, 도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐캡(220)의 단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 12a는 본 발명의 일실시예에 따른 체결부재(230)의 정면도를 도시한 것이고, 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 체결부재(230)의 단면도를 도시한 것이다.
교체용 노즐팁(200)의 체결부재(230)는, 내부 공간을 가지며 체결단(231)은 고정노즐(130)의 결합단(133)에 탈부착되며 타단면에는 장착홀(232)이 형성되어 진다. 또한, 내부노즐(210)은 체결부재(230)의 내부공간에 삽입되어 고정되며, 연료분사홀(211)과 복수의 산화제분사홀(212)이 구비된다. 그리고, 노즐캡(220)은 일단이 체결부재(230)의 내부공간에 장착되며, 토출홀(221)이 형성된 타단측은 체결부재(230)의 장착홀에 삽입되어 외측으로 돌출되도록 구성된다.
체결부재(230)의 체결단(231)이 고정노즐(130)의 결합단(133)에 체결됨으로써, 체결부재(230)의 내부공간으로 내부노즐(210)이 고정장착되고, 노즐캡(220)의 타단이 가스화기 내부측으로 돌출된 형태로 고정되게 된다.
따라서, 도 9b에 도시된 바와 같이, 고체연료슬러리는 고정노즐(130)의 연료토출홀(132)과 내부노즐(210)의 연료분사홀(211)을 통해 노즐캡(220) 내부로 유입되고, 산화제는 고정노즐(130)의 산화제토출홀(131)과 내부노즐(210)의 산화제분사홀(212)을 통해 노즐캡(220)의 내부로 유입되게 됨을 알 수 있다. 그리고, 노즐캡(220) 내부로 유입된 고체연료슬러리와 산화제는 혼합되어 노즐캡(220)의 토출홀(221)을 통해 가스화기 내부로 분사되게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)는, 내부노즐(210)의 연료분사홀(211)의 위치, 직경과, 개수 그리고, 산화제분사홀(212)의 위치, 직경, 분사각도과 개수 및 그리고, 내부노즐(210)의 길이가 서로 다른 다수의 내부노즐(210)을 제작하여, 그 중 가스화 운전조건, 반응조건, 용량, 고체연료 종류 등에 따라 특정 내부노즐(210)을 선정하여 교체하며 사용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)는, 다양한 형태의 내부노즐(210)을 교체하여 사용할 수 있을 뿐 아니라, 다양한 형태의 노즐캡(220)을 선정하여 교체하며 사용할 수 있다.
즉, 노즐캡(220)의 길이, 토출홀(221) 직경, 내부 단면 형태, 내면 거칠기 및 분사각도 가 서로 다른 복수의 노즐캡(220)을 제작하여 그 중 특정 어느 하나를 선정하여 교체하며 사용할 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형태의 노즐캡(220)의 단면도를 도시한 것이다. 도 13a 내지 도 13d에 도시된 바와 같이, 내부 단면 형태를 다르게 하여 제작할 수도 있으며, 노즐캡(220) 내면의 거칠기를 다양하게 하고, 분사각도가 서로 다르도록 복수의 노즐캡(220)을 제작하여 그 중 가스화 운전조건, 반응조건, 용량, 고체연료 종류 등에 따라 특정 내부노즐(210)을 선정하여 교체하며 사용할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 노즐캡(220)은 내열성 소재, 세라믹 또는 스테인리스 재질로 구성될 수 있다. 이러한 내열성 소재는 하스텔로이, 인코넬 등으로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 노즐캡(220)이 스테인리스 재질로 구성되게 되는 경우, 노즐캡(220) 일측에 냉각부를 구비하여, 노즐 캡을 냉각시키도록 구성됨이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너(100)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 산화제공급관(120) 외면과 이격되어 구비되며 냉각수 유입부를 통해 이격공간으로 냉각수를 유입시켜 버너(100)를 냉각시키는 냉각관(140)을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 냉각관(140)은 이중관 형태로 구성될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각관(140)은 외관(142)과 내관(141)으로 구성될 수 있으며, 외관(142) 외측으로는 냉각수 유입부(143)가 구비되고, 내관(141) 외측으로 냉각수 토출부(144)가 구비되고, 내관(141)과 외관(142) 사이에는 관통홀(145)이 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 냉각수 유입부(143)로 유입된 냉각수는 외관(142) 내부를 유동하고, 관통홀(145)을 통해 내관(141)을 유동한 후, 냉각수 토출부(144)를 통해 토출 순환되게 된다. 또한, 냉각관(140)의 냉각수와, 노즐캡(220)을 냉각시키기 위한 냉각부의 냉각수가 서로 순환되도록 구성될 수 있다.
상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:가스화 시스템
2:고체연료
3:석탄분쇄기
4:석탄슬러리 저장탱크
5:슬러리펌프
6:가스화기
7:산화제공급수단
10:종래 가스화기용 버너
100:팁 교체형 가스화기용 버너
110:연료공급관
111:연료유입단
120:산화제공급관
121:산화제유입구
130:고정노즐
131:산화제토출홀
132:연료토출홀
133:결합단
140:냉각관
141:내관
142:외관
143:냉각수유입부
144:냉각수토출부
145:관통홀
200:교체용 노즐팁
210:내부노즐
211:연료분사홀
212:산화제분사홀
220:노즐캡
221:토출홀
230:체결부재
231:체결단
232:장착홀
2:고체연료
3:석탄분쇄기
4:석탄슬러리 저장탱크
5:슬러리펌프
6:가스화기
7:산화제공급수단
10:종래 가스화기용 버너
100:팁 교체형 가스화기용 버너
110:연료공급관
111:연료유입단
120:산화제공급관
121:산화제유입구
130:고정노즐
131:산화제토출홀
132:연료토출홀
133:결합단
140:냉각관
141:내관
142:외관
143:냉각수유입부
144:냉각수토출부
145:관통홀
200:교체용 노즐팁
210:내부노즐
211:연료분사홀
212:산화제분사홀
220:노즐캡
221:토출홀
230:체결부재
231:체결단
232:장착홀
Claims (21)
- 가스화기 내부로 고체연료 슬러리와 산화제를 분사시키기 위한 가스화기용 버너에 있어서,
고체연료슬러리가 유입되어 토출되는 연료공급관;
상기 연료공급관의 외면과 특정간격 이격되어 이격공간으로 산화제가 유입되는 산화제공급관;
토출단 측에 구비되어, 상기 연료공급관 내의 고체연료슬러리가 토출되는 연료토출홀과, 상기 산화제공급관 내의 산화제가 토출되는 적어도 하나의 산화제토출홀이 형성된 고정노즐; 및
탈부착 수단에 의해 상기 고정노즐에 탈부착되며, 연료분사홀과 적어도 하나의 산화제분사홀이 형성된 교체용 노즐팁을 포함하며,
상기 산화제분사홀의 개수는 12개이며,
상기 산화제는 산소이고,
상기 고체연료는 석탄이며,
상기 교체용 노즐팁은,
내부 공간을 갖고 일단은 상기 고정노즐에 탈부착되며 타단에는 장착홀이 형성된 체결부재;
상기 체결부재의 내부공간에 구비되며, 연료분사홀과 적어도 하나의 산화제분사홀이 구비된 내부노즐; 및
일단은 상기 체결부재의 내부공간에 장착되며, 한 개의 토출홀이 형성된 타단은 상기 장착홀에 삽입되어 돌출되도록 구성된 노즐캡을 포함하여,
상기 체결부재가 상기 고정노즐에 체결되어, 상기 내부노즐과 상기 노즐캡이 고정되고,
상기 산화제분사홀을 통해 산화제가 상기 노즐캡의 내부로 유입되고, 상기 연료분사홀을 통해 고체연료슬러리가 상기 노즐캡의 내부로 유입되어, 상기 토출홀을 통해 가스화기로 분사되고,
상기 노즐캡의 내면은 거칠기가 있는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 노즐캡은 내열성 소재, 세라믹 또는 스테인리스로 구성되는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너.
- 제 10항에 있어서,
상기 내열성 소재는 하스텔로이 및 인코넬 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너.
- 제 10항에 있어서,
상기 노즐캡 일측에는 상기 노즐 캡을 냉각시키도록 구성된 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너.
- 제 1항에 있어서,
상기 산화제공급관 외면과 이격되어 구비되며 냉각수 유입부를 통해 이격공간으로 냉각수를 유입시켜 버너를 냉각시키는 냉각관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너.
- 제 13항에 있어서,
상기 냉각관은
이중관 형태로 구성되며, 외면 일측에 상기 냉각수 유입부가 구비되고, 내면 일측에는 냉각수 토출부가 구비되는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너.
- 고체연료슬러리와 산화제가 내부로 분사되어 고체연료가 가스화 반응되는 가스화기에 있어서,
상기 가스화기 일측에 구비되는 제 1항 및 제10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너;를 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너가 적용된 가스화기.
- 고체연료를 가스화시키기 위한 시스템에 있어서,
고체연료를 분쇄시키는 고체연료분쇄기;
분쇄된 고체연료를 물과 혼합하여 고체연료슬러리를 생성시키는 고체연료슬러리 저장탱크;
상기 고체연료슬러리와 산화제가 분사되어 가스화 반응이 진행되는 가스화기; 및
상기 가스화기 내부로 고체연료슬러리와 상기 산화제를 분사시키는 제 1항 및 제10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 팁 교체형 가스화기용 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료 가스화 시스템.
- 팁 교체형 가스화기용 버너의 작동방법에 있어서,
연료공급관으로 고체연료슬러리가 유입되고, 연료공급관의 외면과 특정간격 이격되도록 구성된 산화제공급관의 이격공간으로 산화제가 유입되는 단계;
고정노즐의 연료토출홀을 통해 고체연료슬러리가 토출되고, 적어도 하나의 산화제토출홀을 통해 산화제가 토출되는 단계; 및
탈부착 수단에 의해 상기 고정노즐에 탈부착되는 교체용 노즐팁의 연료분사홀을 통해 상기 연료토출홀에서 토출된 고체연료슬러리가 가스화기 내부로 분사되고, 교체용 노즐팁의 적어도 하나의 산화제분사홀을 통해 산화제토출홀에서 토출된 산화제가 분사되는 단계;를 포함하며,
상기 산화제분사홀의 개수는 12개이며,
상기 산화제는 산소이고,
상기 고체연료는 석탄이며,
상기 교체용 노즐팁은,
내부 공간을 갖고 일단은 상기 고정노즐에 탈부착되며 타단에는 장착홀이 형성된 체결부재;
상기 체결부재의 내부공간에 구비되며, 연료분사홀과 적어도 하나의 산화제분사홀이 구비된 내부노즐; 및
일단은 상기 체결부재의 내부공간에 장착되며, 한 개의 토출홀이 형성된 타단은 상기 장착홀에 삽입되어 돌출되도록 구성된 노즐캡을 포함하여,
상기 체결부재가 상기 고정노즐에 체결되어, 상기 내부노즐과 상기 노즐캡이 고정되고,
상기 산화제분사홀을 통해 산화제가 상기 노즐캡의 내부로 유입되고, 상기 연료분사홀을 통해 고체연료슬러리가 상기 노즐캡의 내부로 유입되어,
상기 토출홀을 통해 가스화기로 분사되고,
상기 노즐캡의 내면은 거칠기가 있는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너의 작동방법.
- 제 17항에 있어서,
상기 교체용 노즐팁을 탈착하고,
고체연료의 종류, 반응조건, 가스화기 운전조건 및 용량에 따라,
연료분사홀의 위치, 직경과, 개수 및, 산화제분사홀의 위치, 직경과 개수가 서로 다른 복수의 교체용 노즐팁 중 어느 하나를 선정하여 교체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너의 작동방법.
- 제 18항에 있어서,
상기 교체용 노즐팁은, 상기 고정노즐에 탈부착되며 장착홀이 형성된 체결부재와, 상기 체결부재의 내부공간에 구비되며, 연료분사홀과 적어도 하나의 산화제분사홀이 구비된 내부노즐; 및 일단은 상기 체결부재의 내부공간에 장착되며, 토출홀이 형성된 타단은 상기 장착홀에 삽입되어 돌출되도록 구성된 노즐캡을 포함하고,
상기 분사되는 단계는,
내부노즐의 연료분사홀을 통해 고체연료슬러리가 상기 노즐팁 내부로 토출되고, 상기 내부노즐의 적어도 하나의 산화제분사홀을 통해 산화제가 상기 노즐팁 내부로 토출되는 단계; 및
상기 노즐팁 내부에서 산화제와 고체연료슬러리가 혼합되어, 토출홀을 통해 가스화기 내부로 분사되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 교체형 가스화기용 버너의 작동방법.
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