KR101964866B1 - 다운 샷 다단 가스화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다운 샷 다단 가스화기의 부가구조에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 가스화기 내부로 미분탄 및 공기를 분사하여 연소시키고 이를 통해 연료가스를 생성하는 가스화기 설비에 있어, 산소공급을 억제하여 가스 생성율을 향상시키면서도 미분탄의 연소효율을 상승시킬 수 있는 에어분사관이 다수개 마련된 다운 샷 다단 가스화기에 관한 것이다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 에어분사관이 마련된 다운 샷 다단 가스화기는 미분탄을 연소시 연소효율을 높이는 것이 가능해진다.
특히, 다수개의 에어분사관은 그 형상 및 설치위치가 특정되며 최적의 효율을 가지며, 연료 및 공기의 혼합물이 상기 연소실 내부에서 스월되도록 마련된다.
또한, 상기와 같은 구조의 에어분사관이 마련된 다운 샷 다단 가스화기를 마련함으로써 용이한 가스화 효율상승 및 탄소전환율을 손쉽게 향상시킬 수 있다.

Description

다운 샷 다단 가스화기{DOWN SHOT MULTI-STAGE GASIFIER}
본 발명은 다운 샷 다단 가스화기의 부가구조에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 가스화기 내부로 미분탄 및 공기를 분사하여 연소시키고 이를 통해 연료가스를 생성하는 가스화기 설비에 있어, 산소공급을 억제하여 가스 생성율을 향상시키면서도 미분탄의 연소효율을 상승시킬 수 있는 에어분사관이 다수개 마련된 다운 샷 다단 가스화기에 관한 것이다.
석탄을 이용한 차세대 발전 시스템으로 석탄가스화 복합발전(IGCC; Integrated Gasification Combined Cycle)이 하나의 대안으로 제시되고 있다.
고청정 환경성의 측면에서 석탄가스화 복합발전 설비는 기존의 유연탄 화력발전 방식에 비하여 황산화물, 질소산화물 및 분진 등의 배출량을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 석탄가스화 복합발전 설비는 재(ash)를 분진 형태가 아닌 용융된 후 엉긴 슬래그(slag) 형태로 수거하므로 환경적으로 안전하며, 슬래그와 탈황 공정에서 만들어지는 황(S) 원소를 회수하여 경제성 있는 부산물로 활용하는 장점을 갖는다.
이러한 석탄 가스화 복합발전 시스템은 고압에서 미분탄과 산화제 등을 반응시켜 석탄 가스를 추출하는 가스화기를 포함한다.
여기서 가스화기는 버너를 통해 기류수송방식으로 미분탄을 공급받아 산화제와 반응시키는데 산화제가 공급되는 방향에 따라 가스화기 내의 반응 위치와 슬래그 발생 온도가 변화된다. 이에 따라 가스화기의 안정적인 운용이 어렵다.
또한, 미분탄의 충분한 연소가 이루어져 탄소전환이 원활하게 진행되어야 하나 다운 샷(Bottom-Up)방식의 다단 가스화기의 경우 가스화 효율 및 탄소전환율이 저하되는 고질적인 단점을 가지고 있다.
대한민국특허 제1616975호
본 발명은 가스화기 내부로 미분탄 및 공기를 분사하여 연소시키고 이를 통해 연료가스를 생성하는 가스화기 설비에 있어, 이에 부가되어, 산소공급을 억제하여 가스 생성율을 향상시키면서도 미분탄의 연소효율을 상승시킬 수 있는 에어분사관이 다수개 마련되어 연소실 내부의 스월을 유도하는 가스화기를 제공하는 것에 그 목적이 있는 것이다.
상기 목적은, 소정의 공간이 마련되어 미분탄의 연소가 일어나며, 미분탄의 연소에 의한 연료가스가 생성되는 연소실(10); 상기 연소실(10)의 상부와 연결되어 수직방향으로 연장되는 파이프 형상의 유동관(20); 상기 연소실(10)의 상측부에 마련되는 적어도 하나 이상의 버너(30); 및 상기 유동관(20)의 하측부에 마련되는 적어도 하나 이상의 에어분사관(40);을 포함하되, 상기 에어분사관(40)은, 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 유동관(20)의 하측부에 일정간격을 가지고 원주방향으로 배열되어 설치되며, 상기 에어분사관(40)에서 분사되는 에어가 상기 파이프 형상의 유동관(20)의 내측면을 따라 회전하며 하방진행할 수 있도록 상기 유동관(20)에 인입되는 상기 에어분사관(40)의 인입각도는 하방으로 20도 이상 45도 이하인 것을 특징으로 하는 다운 샷 다단 가스화기(100)에 의해 달성될 수 있다.
이때, 상기 연소실(10)은, 일정 지름을 가지고 마련되는 파이프 형상의 연소실 본체(11); 상기 연소실 본체(11) 하부에 마련되되, 상기 연소실 본체(11)의 중심방향으로 소정 각도의 경사를 가지며 하방연장되는 제1경사부(12); 및 상기 연소실 본체(11) 상부에 마련되되, 상기 연소실 본체(11)의 중심방향으로 소정 각도의 경사를 가지며 상방연장되어 상기 유동관(20)과 직접 결합하는 제2경사부(13);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유동관(20)은, 상기 연소실(10)의 제2경사부(13)와 연결되어 수직방향으로 소정길이 연장되며, 상기 연소실(10)에서 생성된 연소기체를 상방으로 유도하는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 버너(30)는, 상기 연소실(10)의 제2경사부(13)에 마련되되, 버너(30)의 화염분사방향이 상기 연소실(10) 중앙을 향하도록 소정의 버너 설치각도를 가지며 적어도 하나 이상의 버너(30)가 일정간격을 가지고 원주방향으로 배열되어 설치될 수 있다.
바람직하게, 상기 유동관(20) 상부에 마련되되, 수직방향으로 상방 연장되어 연소가스를 배출하는 가스배출구(50);를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 연소실(10) 하부에 마련되되, 수직방향으로 하방 연장되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출구(60);를 더 포함할 수도 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 에어분사관이 마련된 다운 샷 다단 가스화기는 미분탄을 연소시 연소효율을 높이는 것이 가능해진다.
특히, 다수개의 에어분사관은 그 형상 및 설치위치가 특정되며 최적의 효율을 가지며, 연료 및 공기의 혼합물이 상기 연소실 내부에서 스월되도록 마련된다.
또한, 상기와 같은 구조의 에어분사관이 마련된 다운 샷 다단 가스화기를 마련함으로써 용이한 가스화 효율상승 및 탄소전환율을 손쉽게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 에어분사관을 포함하는 가스화기의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 에어분사관을 포함하는 가스화기의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 에어분사관을 포함하는 가스화기의 CFD이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 에어분사관을 포함하는 가스화기의 정면도이다.
도 1을 참고하면, 석탄 등의 화석연료를 잘기 부수어 생성한 미분탄을 연소실내로 공급하며, 상기 미분탄을 산소가 부족한 상태의 연소실에서 연소함에 따라 이산화탄소 대신 연료가스로 전환시키는 가스화기의 구성을 확인하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로는, 소정의 공간이 마련되어 미분탄의 연소가 일어나며, 미분탄의 연소에 의한 연료가스가 생성되는 연소실(10), 상기 연소실(10)의 상부와 연결되어 수직방향으로 연장되는 파이프 형상의 유동관(20), 상기 연소실(10)의 상측부에 마련되는 적어도 하나 이상의 버너(30) 및 상기 유동관(20)의 하측부에 마련되는 적어도 하나 이상의 에어분사관(40)을 포함하는 다운 샷 다단 가스화기(100)이 제공되는 것이 가능하다.
각각의 구성에 대하여 구체적으로 설명하자면, 상기 연소실은 전술한 바와 같이 가스화기 내에 위치하여 석탄 등의 화석연료를 잘기 부수어 생성한 미분탄을 연소실내로 공급하며, 상기 미분탄을 산소가 부족한 상태의 연소실에서 연소함에 따라 이산화탄소 대신 연료가스로 전환시키는 역할을 수행하는 것이 가능하다 할 것익다.
상기 연소실 내에서 미분탄 등이 연소되어 생성된 연료가스는 상기 연소실(10)의 상부와 연결되어 수직방향으로 연장되는 파이프 형상의 유동관(20)을 통해 상부 및 외부로 유도되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연소되는 미분탄 등은 연소실 외측에서 상기 연소실로 인입되는 다수개의 버너에 의해 공급되며 상기 버너의 단부에서 연소가 시작되는 것이 바람직하다 할 것이다.
이 경우, 상기 연소실(10)은 일정 지름을 가지고 마련되는 파이프 형상의 연소실 본체(11), 상기 연소실 본체(11) 하부에 마련되되, 상기 연소실 본체(11)의 중심방향으로 소정 각도의 경사를 가지며 하방연장되는 제1경사부(12) 및 상기 연소실 본체(11) 상부에 마련되되, 상기 연소실 본체(11)의 중심방향으로 소정 각도의 경사를 가지며 상방연장되어 상기 유동관(20)과 직접 결합하는 제2경사부(13)를 포함하는 것이 가능하다.
또한, 상기 유동관(20)은 상기 연소실(10)의 제2경사부(13)와 연결되어 수직방향으로 소정길이 연장되며, 상기 연소실(10)에서 생성된 연소기체를 상방으로 유도하는 역할을 하는 것이 바람직하다.
이에 있어서, 상기 버너(30)는 상기 연소실(10)의 제2경사부(13)에 마련되되, 버너(30)의 화염분사방향이 상기 연소실(10) 중앙을 향하도록 소정의 버너 설치각도를 가지며 적어도 하나 이상의 버너(30)가 일정간격을 가지고 원주방향으로 배열되어 설치되는 것이 바람직하다.
구체적인 버너의 설치각도는, 상기 버너를 기준으로 지면에 수평한 방향으로 연소실에 삽입되는 것이 일반적이라 할 것이나, 상기 연소실의 제1 및 제2경사부를 포함한 형상을 고려하였을 경우 제2경사부에 인입되는 버너의 인입각도를 하방으로 20도 이상 45도 이하로 인입하는 것이 바람직하다.
따라서 상기 다수개의 버너를 통해 분사되어 연소되는 미분탄의 화염이 상기 연소실중앙에서 하나의 지점으로 모일 수 있도록 상기 버너의 설치위치를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에어분사관(40)은 상기 유동관(20)의 하측부에 마련되되, 상기 에어분사관(40)의 에어분사방향이 상기 파이프 형상의 유동관(20)의 내측면을 따라 회전하며 하방진행할 수 있도록 소정의 에어분사관(40) 설치각도를 가지며 적어도 하나 이상의 에어분사관(40)이 일정간격을 가지고 원주방향으로 배열되어 설치되는 것이 가능하다.
이에 있어서, 상기 에어분사관의 설치각도는, 상기 에어분사관을 기준으로 마찬가지로 지면에 수평한 방향으로 유동관에 삽입되는 것이 일반적이라 할 것이나, 상기 버너의 인입각도 및 설치형상을 고려하였을 경우 유동관에 인입되는 에어분사관의 인입각도를 하방으로 20도 이상 45도 이하로 인입하는 것이 바람직하다.
또한, 이에 그치는 것이 아니라, 상기 에어분사관의 좌우인입각도 역시 최적의 설치각도를 가지는 것이 가능하며, 구체적으로는 상기 유동관의 내측벽면을 따라서 상기 에어분사관에서 분사되는 에어가 스월을 발생하며 하강할 수 있도록 유동관의 내측벽면방향으로 70도 이상 85도 이하의 좌측 또는 우측으로 경사가 마련된 인입각도를 가지는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 유동관(20) 상부에 마련되되, 수직방향으로 상방 연장되어 연소가스를 배출하는 가스배출구(50) 또는 상기 연소실(10) 하부에 마련되되, 수직방향으로 하방 연장되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출구(60)를 더 포함하는 것이 가능하다.
상기 가스배출구는, 석탄 등의 화석연료를 잘기 부수어 생성한 미분탄을 연소실내로 공급하며, 상기 미분탄을 산소가 부족한 상태의 연소실에서 연소함에 따라 이산화탄소 대신 전환된 연료가스를 상부로 유도 및 배출하는 역할을 하는 것이 가능하다.
또한, 상기 슬러지배출구는 석탄의 연소 후 남은 찌꺼기 등을 하부로 유도 및 배출하는 역할을 수행한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 에어분사관을 포함하는 가스화기의 상면도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 에어분사관의 좌측 또는 우측으로 가지는인입각도를 확인하는 것이 가능하다.
구체적으로는, 상기 버너(30)는 상기 연소실(10)의 제2경사부(13)에 마련되되, 버너(30)의 화염분사방향이 상기 연소실(10) 중앙을 향하도록 소정의 버너 설치각도를 가지며 적어도 하나 이상의 버너(30)가 일정간격을 가지고 원주방향으로 배열되어 설치되는 것이 바람직하다.
구체적인 버너의 설치각도는, 상기 버너를 기준으로 지면에 수평한 방향으로 연소실에 삽입되는 것이 일반적이라 할 것이나, 상기 연소실의 제1 및 제2경사부를 포함한 형상을 고려하였을 경우 제2경사부에 인입되는 버너의 인입각도를 하방으로 20도 이상 45도 이하로 인입하는 것이 바람직하다.
따라서 상기 다수개의 버너를 통해 분사되어 연소되는 미분탄의 화염이 상기 연소실중앙에서 하나의 지점으로 모일 수 있도록 상기 버너의 설치위치를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에어분사관(40)은 상기 유동관(20)의 하측부에 마련되되, 상기 에어분사관(40)의 에어분사방향이 상기 파이프 형상의 유동관(20)의 내측면을 따라 회전하며 하방진행할 수 있도록 소정의 에어분사관(40) 설치각도를 가지며 적어도 하나 이상의 에어분사관(40)이 일정간격을 가지고 원주방향으로 배열되어 설치되는 것이 가능하다.
이에 있어서, 상기 에어분사관의 설치각도는, 상기 에어분사관을 기준으로 마찬가지로 지면에 수평한 방향으로 유동관에 삽입되는 것이 일반적이라 할 것이나, 상기 버너의 인입각도 및 설치형상을 고려하였을 경우 유동관에 인입되는 에어분사관의 인입각도를 하방으로 20도 이상 45도 이하로 인입하는 것이 바람직하다.
또한, 이에 그치는 것이 아니라, 상기 에어분사관의 좌우인입각도 역시 최적의 설치각도를 가지는 것이 가능하며, 구체적으로는 상기 유동관의 내측벽면을 따라서 상기 에어분사관에서 분사되는 에어가 스월을 발생하며 하강할 수 있도록 유동관의 내측벽면방향으로 70도 이상 85도 이하의 좌측 또는 우측으로 경사가 마련된 인입각도를 가지는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 에어분사관을 포함하는 가스화기의 CFD이다.
도 3을 참고하면, 전술한 바와 같은 버너 및 에어분사관을 마련한 본 발명의 특징적인 구성을 통한 열의 순환상태를 확인하는 것이 가능하다.
본 발명의 특징 구성인 다수개의 에어분사관을 마련함으로써, 상기 에어분사관(40)의 에어분사방향이 상기 파이프 형상의 유동관(20)의 내측면을 따라 회전하며 하방진행하는 것이 가능하다.
따라서, 연소효율 및 탄소전환율을 종래기술에 비해 비약적으로 높이는 것이 가능함을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 연소실
11 : 연소실 본체
12 : 제1경사부
13 : 제2경사부
20 : 유동관
30 : 버너
40 : 에어분사관
50 : 가스배출구
60 : 슬러지배출구

Claims (6)

  1. 소정의 공간이 마련되어 미분탄의 연소가 일어나며, 미분탄의 연소에 의한 연료가스가 생성되는 연소실(10);
    상기 연소실(10)의 상부와 연결되어 수직방향으로 연장되는 파이프 형상의 유동관(20);
    상기 연소실(10)의 상측부에 마련되는 적어도 하나 이상의 버너(30); 및
    상기 유동관(20)의 하측부에 마련되는 적어도 하나 이상의 에어분사관(40);을 포함하되,
    상기 에어분사관(40)은,
    적어도 하나 이상 구비되고, 상기 유동관(20)의 하측부에 일정간격을 가지고 원주방향으로 배열되어 설치되되, 상기 버너보다 위쪽에 설치되며,
    상기 에어분사관(40)에서 분사되는 에어가 상기 파이프 형상의 유동관(20)의 내측면을 따라 회전하며 하방진행할 수 있도록 상기 유동관(20)에 인입되는 상기 에어분사관(40)의 인입각도는 하방으로 20도 이상 45도 이하이고,
    상기 연소실(10)은,
    일정 지름을 가지고 마련되는 파이프 형상의 연소실 본체(11);
    상기 연소실 본체(11) 하부에 마련되되, 상기 연소실 본체(11)의 중심방향으로 소정 각도의 경사를 가지며 하방연장되는 제1경사부(12); 및
    상기 연소실 본체(11) 상부에 마련되되, 상기 연소실 본체(11)의 중심방향으로 소정 각도의 경사를 가지며 상방연장되어 상기 유동관(20)과 직접 결합하는 제2경사부(13);를 포함하며,
    상기 버너(30)는,
    상기 연소실(10)의 제2경사부(13)에 마련되되, 버너(30)의 화염분사방향이 상기 연소실(10) 중앙을 향하도록 소정의 버너 설치각도를 가지며 적어도 하나 이상의 버너(30)가 일정간격을 가지고 원주방향으로 배열되어 설치되는 것을 특징으로 하는 다운 샷 다단 가스화기(100).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유동관(20)은,
    상기 연소실(10)의 제2경사부(13)와 연결되어 수직방향으로 소정길이 연장되며, 상기 연소실(10)에서 생성된 연소기체를 상방으로 유도하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 다운 샷 다단 가스화기(100).
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유동관(20) 상부에 마련되되, 수직방향으로 상방 연장되어 연소가스를 배출하는 가스배출구(50);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운 샷 다단 가스화기(100).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연소실(10) 하부에 마련되되, 수직방향으로 하방 연장되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출구(60);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운 샷 다단 가스화기(100).

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