KR101966544B1 - Selective Partitioning Based Slag Composition Prediction Method for Entrained Flow Coal Gasifiers - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 석탄 가스화기에 투입되는 미분탄의 회조성(chemical composition of ash)으로부터 회성분별 선택적 분배 경향의 차이를 이용하여 가스화기 내부에서 형성되는 슬래그의 화학조성을 예측하는 방법을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 미분탄회로부터 미분탄회의 화학조성을 계산하는 미분탄회 화학조성 계산 단계; 상기 미분탄회의 화학조성으로부터 SO3를 제거한 후 전체 성분의 합이 100%가 되도록 정규화하는 SO3 제거 후 정규화 단계; 미분탄회를 구성하는 성분별로 슬래그로 이행되는 분율을 적용하는 성분별 슬래그 이행 분율 적용 단계; 및 슬래그로 이행한 각 성분의 양을 전체 합계로 나눠 함량의 합계가 100%가 되도록 하는 슬래그 화학조성 정규화 단계를 포함함을 특징으로 하는 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법을 개시한다.An embodiment of the present invention relates to a method for predicting a slag composition of a coal bed gasifier slag based on selective distribution phenomenon, and a technical problem to be solved is a coal gasifier comprising a coal fly ash, And a method of predicting the chemical composition of the slag formed in the gasifier by utilizing the difference in distribution tendency.
For this purpose, the present invention relates to a method for producing a fine coal ash composition, Normalizing step after removal of SO 3, which is normalized to 100% the sum of the total components, remove the SO 3 from the pulverized coal meeting the chemical composition; Applying a slag transition fraction for each component to apply the fraction transferred to the slag for each constituent of the granular coal; And a slag chemical composition normalizing step of dividing the amount of each of the components transferred to the slag into a total sum of the amounts of the slag chemical composition normalizing step and the slag chemical composition normalizing step. .
Description
본 발명의 실시예는 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법에 관한 것이다.An embodiment of the present invention is directed to a method for predicting a slag composition of a fractionation bed coal gasifier based on selective distribution phenomena.
석탄회(coal ash)를 슬래그로서 배출하는 가스화기(gasifier)에서는 슬래그의 원활한 배출이 가스화기 안정운영의 핵심 요건이 되므로 가스화기 내 슬래그 거동의 정확한 예측이 요구되며, 슬래그 거동은 슬래그의 화학조성(chemical composition)에 의해 크게 좌우되기 때문에 슬래그 조성의 정확한 계산 또는 예측이 선행되어야 한다. In the gasifier, which discharges coal ash as slag, it is necessary to precisely predict the slag behavior in the gasifier because the smooth discharge of slag is a key requirement for the stable operation of the gasifier. The slag behavior depends on the chemical composition of the slag chemical composition), accurate calculation or prediction of slag composition should be preceded.
종래에는 슬래그 화학조성이 미분탄회(ash)의 화학조성과 크게 다르지 않다는 가정 아래 미분탄 회조성을 이용하여 슬래그 거동을 예측하여 왔으나, 실제에 있어서는 원소별 휘발성(volatility) 등의 차이에 의해 슬래그와 비회(fly ash)로 이행하는 비율이 달라지는 현상(선택적 분배, selective partitioning)이 관찰된다.In the past, slag behaviors have been predicted using pulverized coal fly ash with the assumption that the slag chemical composition is not significantly different from the chemical composition of ash. However, due to differences in element volatility, slag and fly ash fly ash (selective partitioning) is observed.
도 1은 실제 상업 운전 중인 분류층 석탄 가스화기에서 채취된 미분탄 및 슬래그 시료의 회조성을 보여주고 있으며, 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 석회(CaO) 등 석탄회를 구성하는 주요 성분에 상호간 차이가 있음을 알 수 있다.FIG. 1 shows the composition of pulverized coal and slag samples collected from a commercial coal-fired coal gasifier in a commercial operation. As can be seen from this figure, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ) CaO), which are the main constituents of coal fly ash.
슬래그의 화학조성은 좀 더 구체적으로는 회융점(ash fusion temperature), 슬래그 점도(viscosity), 슬래그 층 두께(thickness of slag layers), 수냉벽(water wall) 전열량(heat duty), 슬래그 입도분포(particle size distribution of slag particles), 가스화기 에너지 수지(energy balance of gasifier), O2/Coal Ratio(가스화제와 연료인 석탄의 비) 등에 직간접으로 영향을 미치며, 정확하게 예측하지 못할 경우 부적정한 운전 조건 뿐만 아니라 슬래그 탭 막힘(slag tap blockage)과 같은 심각한 설비고장 및 비계획 정지(unplanned outage)로 이어질 수 있다. 슬래그 조성은 가스화기 뿐만 아니라, 합성가스 냉각기(syngas cooler)와 같은 하류(downstream) 설비에도 영향을 미칠 수 있으며 석회석 투입율(limestone feed rate)과 같은 경제적 측면에서도 영향을 미칠 수 있다. More specifically, the chemical composition of the slag includes ash fusion temperature, slag viscosity, thickness of slag layers, water wall heat duty, slag particle size distribution (eg, particle size distribution of slag particles, energy balance of gasifier, O 2 / Coal ratio), and improper operation Conditions, as well as severe equipment failures such as slag tap blockage and unplanned outage. The slag composition may affect downstream equipment such as syngas coolers as well as gasifiers, and may also have an economic impact, such as a limestone feed rate.
도 2는 슬래그 조성의 차이가 초래하는 각종 운전변수의 차이를 보여주는 일례이다. 요컨대, 슬래그의 회조성이 미분탄회(ash) 조성과 같다고 가정하는 종래의 기술은 가스화기 최적 운전, 경제성의 향상, 및 고장 방지 등의 관점에서 한계가 있을 수밖에 없다.FIG. 2 is an example showing differences in various operating parameters caused by the difference in slag composition. In other words, the prior art that assumes that the ash composition of the slag is the same as the composition of the pulverized coal ash has limitations in terms of the optimum operation of the gasifier, the improvement of the economical efficiency, and the prevention of the failure.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.The above-described information disclosed in the background of the present invention is only for improving the understanding of the background of the present invention, and thus may include information not constituting the prior art.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법을 제공하는데 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 석탄 가스화기에 투입되는 미분탄의 회조성(chemical composition of ash)으로부터 회성분별 선택적 분배 경향의 차이를 이용하여 가스화기 내부에서 형성되는 슬래그의 화학조성을 예측하는 방법을 제공하는데 있다.A problem to be solved according to an embodiment of the present invention is to provide a method for predicting a slag composition of a fractionation layer coal gasifier based on the selective distribution phenomenon. That is, a problem to be solved according to an embodiment of the present invention is to provide a method and apparatus for controlling the chemical composition of ash of a pulverized coal which is introduced into a coal gasifier, And to provide a method for predicting composition.
본 발명의 실시예에 따른 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법은 미분탄회로부터 미분탄회의 화학조성을 계산하는 미분탄회 화학조성 계산 단계; 상기 미분탄회의 화학조성으로부터 SO3를 제거한 후 전체 성분의 합이 100%가 되도록 정규화하는 SO3 제거 후 정규화 단계; 미분탄회를 구성하는 성분별로 슬래그로 이행되는 분율을 적용하는 성분별 슬래그 이행 분율 적용 단계; 및 슬래그로 이행한 각 성분의 양을 전체 합계로 나눠 함량의 합계가 100%가 되도록 하는 슬래그 화학조성 정규화 단계를 포함할 수 있다.The method for predicting the slag composition of a fractionation layer coal gasifier based on the selective distribution phenomenon according to an embodiment of the present invention includes: a step of calculating the chemical composition of the pulverized coal from the pulverized coal cycle to the pulverized coal; Normalizing step after removal of SO 3, which is normalized to 100% the sum of the total components, remove the SO 3 from the pulverized coal meeting the chemical composition; Applying a slag transition fraction for each component to apply the fraction transferred to the slag for each constituent of the granular coal; And a slag chemical composition normalization step of dividing the amount of each component transferred to the slag into a total sum so that the sum of the contents is 100%.
미분탄회 화학조성 계산 단계는 석탄건조 및 분쇄 계통에서 석회석 플럭스와 함께 건조 및 미분화된 미분탄 시료를 채취하여 회시료를 조제 및 분석하여 이루어질 수 있다.In the step of calculating the pulverized coal composition, pulverized and pulverized pulverized coal samples are taken together with the limestone flux in the coal drying and pulverizing system, and the pulverized coal samples are prepared and analyzed.
미분탄회 화학조성 계산 단계는 미분기에 투입된 연료 및 플럭스의 양, 각각의 회분 함량 및 회조성으로부터 계산하여 이루어질 수 있다.The step of calculating the composition of the pulverized coal may be calculated from the amount of fuel and flux, the respective ash content and the composition of the ash supplied to the pulverizer.
성분별 슬래그 이행 분율 적용 단계에서 이행 분율은 회를 구성하는 각 성분들의 휘발성 차이에 의해 상호간 다를 수 있다.In the application phase of the slag transition fraction by component, the transition fraction may be different from each other due to the volatility difference of each constituent of the slag.
본 발명의 실시예는 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법을 제공한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법은 석탄 가스화기에 투입되는 미분탄의 회조성(chemical composition of ash)으로부터 회성분별 선택적 분배 경향의 차이를 이용하여 가스화기 내부에서 형성되는 슬래그의 화학조성을 예측하도록 한다.An embodiment of the present invention provides a method for predicting a fractionation bed coal gasifier slag composition based on selective distribution phenomena. That is, the method of predicting the slag composition of the fractionation layer coal gasifier based on the selective distribution phenomenon according to the embodiment of the present invention utilizes the difference in the selective distribution tendency of the fraction from the chemical composition of ash fed into the coal gasifier To predict the chemical composition of the slag formed in the gasifier.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 실제 가스화기 내부에서 일어나는 회(ash) 구성 성분별 선택적 분배 현상(selective partitioning)이 반영됨으로써, 슬래그 화학조성을 더 정확하게 예측할 수 있도록 한다. 또한, 슬래그 화학조성이 실제에 가깝게 예측됨으로써, 슬래그 점도 등 슬래그 거동이 더 정확하게 예측되어 전열량(Heat Duty), O2/C Ratio(가스화제와 연료인 석탄의 비), 가스화기 운전온도 등 주요 가스화기 운전 변수의 예측이 더 정확해지고, 이에 따라 가스화기의 안정운영, 운전 최적화에 기여하도록 한다.Particularly, according to the embodiment of the present invention, the selective partitioning of the ash components occurring in the actual gasifier is reflected, so that the slag chemical composition can be more accurately predicted. In addition, the slag chemical composition is predicted to be close to actual, so that the slag behavior such as slag viscosity can be predicted more accurately, and the heat duty, O 2 / C ratio (ratio of gasifier to fuel as coal) The prediction of the main gasifier operating parameters becomes more accurate, thereby contributing to the stable operation of the gasifier, and optimization of operation.
도 1은 미분탄회(ash)와 가스화기 슬래그의 화학 조성 비교 그래프이다.
도 2는 슬래그 조성이 가스화기 운전에 미치는 영향을 정리한 표이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 미분탄 회조성으로부터 슬래그 화학조성을 예측하는 방법 및 장치를 각각 도시한 것이다.
도 4는 원소별 슬래그 이행분율의 예시이다.
도 5는 예측 슬래그 조성과 실제 슬래그 조성의 비교 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing the chemical composition of granulated ash and gasifier slag.
2 is a table summarizing the effect of the slag composition on the gasifier operation.
FIGS. 3A and 3B illustrate a method and apparatus for predicting slag chemical composition from pulverized coal fly ash composition according to an embodiment of the present invention, respectively.
4 is an example of slag transfer fraction per element.
5 is a graph comparing the predicted slag composition with the actual slag composition.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.In the following drawings, thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals denote the same elements in the drawings. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items. In the present specification, the term " connected "means not only the case where the A member and the B member are directly connected but also the case where the C member is interposed between the A member and the B member and the A member and the B member are indirectly connected do.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise, " and / or "comprising, " when used in this specification, are intended to be interchangeable with the said forms, numbers, steps, operations, elements, elements and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.
또한, 본 발명에 따른 미분탄회 화학조성 계산부, SO3 제거후 정규화부, 성분별 슬래그 이행 분율 적용부 및 슬래그 화학조성 정규화부(이하, 처리부(컨트롤러)) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 처리부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 처리부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 처리부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 처리부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.In addition, it is also possible that the micro-coal cake composition calculation unit, the SO 3 removal normalization unit, the component-based slag transfer fraction application unit, and the slag chemical composition normalization unit (hereinafter, processing unit (controller)) and / May be implemented using any suitable hardware, firmware (e.g., on-demand semiconductor), software, or any suitable combination of software, firmware, and hardware. For example, various components of the processing unit (controller) and / or other associated equipment or components according to the present invention may be formed on one integrated circuit chip or on a separate integrated circuit chip. In addition, various components of the processing unit (controller) may be implemented on a flexible printed circuit film and formed on the same substrate as the tape carrier package, printed circuit board, or processing unit (controller). In addition, the various components of the processing unit (controller) may be processes or threads executing on one or more processors in one or more computing devices, which execute computer program instructions to perform various functions, And interact with other components. The computer program instructions are stored in a memory that can be executed on a computing device using standard memory devices, such as, for example, random access memory. The computer program instructions may also be stored in other non-transitory computer readable media, such as, for example, CD-ROMs, flash drives, and the like. Further, those skilled in the art will appreciate that the functions of the various computing devices may be combined with one another, integrated into one computing device, or the functionality of a particular computing device may be implemented within one or more other computing devices Lt; / RTI > can be dispersed in the < / RTI >
일례로, 본 발명에 따른 처리부(컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다. As an example, the processing unit (controller) according to the present invention may be a central processing unit, a mass storage device such as a hard disk or solid state disk, a volatile memory device, an input device such as a keyboard or a mouse, Of commercial computers.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 미분탄 회조성으로부터 슬래그 화학조성을 예측하는 방법 및 장치를 도시한 것이다.FIGS. 3A and 3B illustrate a method and apparatus for predicting slag chemical composition from pulverized coal fly ash composition according to an embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 미분탄 회조성으로부터 슬래그 화학조성을 예측하는 방법은 미분탄회 화학조성 계산 단계(S1)와, SO3 제거 후 정규화 단계(S2)와, 성분별 슬래그 이행 분율 적용 단계(S3)와, 슬래그 화학조성 정규화 단계(S4)를 포함한다. As shown in FIG. 3A, a method of predicting the slag chemical composition from the granular carbonaceous composition according to an embodiment of the present invention includes a step of calculating a granular coal chemical composition S1, a normalization step S2 after SO 3 removal, A slag transition fraction application step S3, and a slag chemical composition normalization step S4.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 미분탄 회조성으로부터 슬래그 화학조성을 예측하는 장치(100)는 미분탄회 화학조성 계산부(110)와, SO3 제거 후 정규화부(120)와, 성분별 슬래그 이행 분율 적용부(130)와, 슬래그 화학조성 정규화부(140)를 포함한다. In addition, as shown in FIG. 3b, the
도 3a 및 도 3b를 동시에 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 미분탄 회조성으로부터 슬래그 화학조성을 예측하는 방법 및/또는 장치(100)의 동작을 설명한다.3A and 3B, the operation of the method and / or
미분탄회 화학조성 계산 단계(S1)에서, 미분탄회 화학조성 계산부(110)는 계산의 출발점인 미분탄 회조성을 석탄건조 및/또는 분쇄 계통(coal milling and/or drying system)에서 석회석 등 플럭스(flux)와 함께 건조 및/또는 미분화된 미분탄(pulverized coal) 시료를 채취하여 회(ash) 시료를 조제하여 분석하거나 또는 미분기에 투입된 연료 및/또는 플럭스(flux)의 양, 각각의 회분 함량 및/또는 회조성으로부터 간단히 계산할 수도 있다.In the
SO3 제거 후 정규화 단계(S2)에서, SO3 제거 후 정규화부(120)는 주어진 미분탄 회조성으로부터 슬래그 회조성을 예측하기 위해, SO3 함량을 제거한 후 전체 성분의 합이 100%가 되도록 정규화(normalization)한다. Normalized such that at the SO 3 was removed normalization step (S2), SO 3 for normalizing
이러한 과정은 실험실 회 조제(ash preparation) 환경과 실제 가스화기 내부의 환경의 차이를 반영하기 위한 것으로써, 유황의 정체(sulfur retention) 현상과 관련이 있다. This process reflects the difference between the ash preparation environment and the environment inside the actual gasifier, which is related to the sulfur retention phenomenon.
유황의 정체 현상이란 연료 중의 황성분이 연소되면서 황산화물(SOx)이 발생하고 이 황산화물이 방출되는 과정에서 접촉하는 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 등에 의해 일부가 포착되어 회(ash) 성분으로 잔류함으로써 분석된 회분 함량(ash content)과 회(ash) 중 SO3 함량의 증가를 초래하는 현상을 말한다. The phenomenon of stagnation of sulfur is a phenomenon in which a sulfur component (SO x ) is generated as a sulfur component in a fuel is burned and part of the sulfur oxide is caught by CaO, MgO, ) Component, which results in an increase in the ash content and the SO 3 content in the ash analyzed.
반면에 강한 환원적 분위기가 지배하는 가스화기 내에서는 연료 중의 황(sulfur) 성분이 황산화물(sulfur oxides)이 아닌 황화수소(hydrogen sulfide) 등으로 전환될 뿐만 아니라, 훨씬 고온의 환경 하에 있기 때문에 알칼리토금속 또는 알칼리금속 성분에 의한 황산화물의 포착현상은 일어나지 않는다. On the other hand, in the gasifier in which the strong reducing atmosphere is dominant, the sulfur component in the fuel is not only converted into sulfur oxides but also into hydrogen sulfide, etc., and is in a much higher temperature environment, Or trapping of sulfur oxides by alkali metal components does not occur.
실제 가스화기에서 배출된 슬래그를 산화하여 회조성을 분석해 보면, SO3 함량은 미미하여 무시할 수 있을 정도이다. When the slag discharged from the actual gasifier is oxidized and the composition of the slag is analyzed, the content of SO 3 is negligible.
따라서 미분탄 회조성에서 SO3 함량을 제거한 후 정규화하는 것은 슬래그 회조성을 예측하기 위한 것이라고 할 수 있다.Therefore, it can be said that normalization after removing the SO 3 content from the granular carbonaceous composition is for predicting the slag composition.
성분별 슬래그 이행 분율 적용 단계(S3)에서, 성분별 슬래그 이행 분율 적용부(130)는 미분탄회(ash)를 구성하는 성분별로 슬래그로 전환되는 양을 구한다.In the component-dependent slag transition fraction application step S3, the slag transition
일반적으로 미분탄이 건조 상태로 투입되는 분류층 가스화기의 운전온도는 석탄 연소 보일러의 운전온도보다 훨씬 높게 운전되어, 가스화기 출구 기준으로 대략 1,500 내지 1,650℃에 이를 정도이다. 특히 석탄 버너(coal burner) 지역의 화염온도는 훨씬 더 높은 온도라고 예상할 수 있다.In general, the operating temperature of the cracked bed gasifier in which pulverized coal is put into a dry state is much higher than the operating temperature of the coal-fired boiler, reaching about 1,500 to 1,650 ° C on the basis of the outlet of the gasifier. In particular, the flame temperature in the coal burner area can be expected to be much higher.
이와 같이 매우 높은 온도에서는 회(ash)를 구성하는 각 성분들의 휘발성 차이에 의해 슬래그로 이행하는 비율이 달라질 수 있으며, 휘발성 이외에도 각종 복잡 다양한 현상에 의해 원소별로 슬래그 이행 비율이 다르게 된다. At such a very high temperature, the rate of transition to slag may vary due to the volatility difference of each component constituting ash. In addition to volatility, the slag transition ratio differs by element due to various complex phenomena.
동일한 설비에서 일정한 운전조건으로 운전되는 가스화기라면 각 원소별 슬래그 이행 비율을 대체로 일정한 값이라고 가정할 수 있고, 실제 상용 설비의 운전 데이터에서도 이러한 현상이 관찰되고 있으므로, 각 원소별 슬래그 이행 분율 상수를 이용하여 슬래그 조성 예측을 시도할 수 있다.In case of a gasifier operating under constant operating conditions in the same plant, the slag transition ratio for each element can be assumed to be a substantially constant value, and this phenomenon is also observed in actual operation equipment operation data. It is possible to try to predict the slag composition.
여기서, 도 4는 원소별 슬래그 이행분율의 예시이다. 즉, 도 4 경험적으로 얻어진 원소별 슬래그 이행분율 값의 예시를 보여주고 있다. 예를 들면, 실리카(SiO2)의 슬래그 이행분율은 0.64이고, 알루미나(Al2O3)의 슬래그 이행분율은 0.74이며, 석회(CaO)의 이행분율은 0.83으로서, 각 원소별 서로 다른 슬래그 이행 분율을 갖고 있음을 볼 수 있다.Here, FIG. 4 is an example of the slag transition fraction for each element. That is, FIG. 4 shows an example of the slag transition fraction value by element obtained experimentally. For example, the slag transition fraction of silica (SiO 2 ) is 0.64, the slag transition fraction of alumina (Al 2 O 3 ) is 0.74, the transition fraction of lime (CaO) is 0.83, Of the total.
슬래그 화학조성 정규화 단계(S4)에서, 슬래그 화학조성 정규화부(140)는 슬래그로 이행한 각 성분의 양을 전체 합계로 나누어 줌으로써 함량의 합계가 100%가 되도록 하는 단순한 정규화 과정을 수행한다.In the slag chemical composition normalization step S4, the slag chemical
도 5는 예측 슬래그 조성과 실제 슬래그 조성의 비교 그래프이다. 즉, 도 5는 앞에서 설명한 슬래그 조성 예측 방법에 따라 계산된 슬래그 조성과 실제로 가스화기에서 배출된 슬래그의 화학조성을 비교한 것으로써, 슬래그 회조성이 미분탄 회조성과 같다고 가정했을 때의 도 1과 비교하여 더 정확하게 슬래그 회조성을 예측하고 있음을 알 수 있다.5 is a graph comparing the predicted slag composition with the actual slag composition. That is, FIG. 5 is a graph comparing the slag composition calculated according to the slag composition prediction method described above with the chemical composition of the slag discharged from the gasifier in practice, and it is compared with FIG. 1 when the slag composition is assumed to be the same as the granular fly ash composition It can be understood that the slag composition is predicted more accurately.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법은 실제 가스화기 내부에서 일어나는 회(ash) 구성 성분별 선택적 분배 현상(selective partitioning)을 반영함으로써, 슬래그 화학조성을 더 정확하게 예측할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법은 슬래그 화학조성이 실제에 가깝게 예측되도록 함으로써, 슬래그 점도 등 슬래그 거동이 더 정확하게 예측되어 전열량(Heat Duty), O2/C 비(가스화제와 연료인 석탄의 비), 가스화기 운전온도 등 주요 가스화기 운전 변수의 예측이 더 정확해지고, 이에 따라 가스화기의 안정운영, 운전 최적화에 기여하도록 한다.Thus, the method of predicting the slag composition of the stratified bed coal gasifier based on the selective distribution phenomenon according to the embodiment of the present invention reflects the selective partitioning of the ash constituents occurring in the actual gasifier, Thereby making it possible to more accurately predict the slag chemical composition. In addition, according to the present invention, slag composition prediction method of slag composition based on the selective distribution phenomenon can predict the slag behavior more accurately such as slag viscosity and the like, ), O 2 / C ratio (ratio of gasifier to coal as fuel), gasifier operating temperature and so on contribute to the stabilization of operation and operation optimization of gasifier.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be applied to a method of predicting the slag composition of a fractionation layer coal gasifier based on the selective distribution phenomenon according to the present invention. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.
100; 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 장치
110; 미분탄회 화학조성 계산부
120; SO3 제거 후 정규화부
130; 성분별 슬래그 이행 분율 적용부
140; 슬래그 화학조성 정규화부100; Slag Composition Prediction System for Coal Gasifier
110; The granular coal chemical composition calculation unit
120; After SO 3 removal,
130; Application of slag transfer fraction by component
140; Slag chemical composition normalizing section
Claims (4)
상기 미분탄회의 화학조성으로부터 SO3를 제거한 후 전체 성분의 합이 100%가 되도록 정규화하는 SO3 제거 후 정규화 단계;
미분탄회를 구성하는 성분별로 슬래그로 이행되는 분율을 적용하는 성분별 슬래그 이행 분율 적용 단계; 및
슬래그로 이행한 각 성분의 양을 전체 합계로 나눠 함량의 합계가 100%가 되도록 하는 슬래그 화학조성 정규화 단계를 포함함을 특징으로 하는 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법.A step of calculating the chemical composition of the pulverized coal from the pulverized coal circuit to the pulverized coal;
Normalizing step after removal of SO 3, which is normalized to 100% the sum of the total components, remove the SO 3 from the pulverized coal meeting the chemical composition;
Applying a slag transition fraction for each component to apply the fraction transferred to the slag for each constituent of the granular coal; And
And a slag chemical composition normalizing step of dividing the amount of each of the components transferred to the slag into a total sum of the amounts of the slag chemical composition normalizing step and the slag chemical composition normalizing step.
미분탄회 화학조성 계산 단계는
석탄건조 및 분쇄 계통에서 석회석 플럭스와 함께 건조 및 미분화된 미분탄 시료를 채취하여 회시료를 조제 및 분석하여 이루어짐을 특징으로 하는 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법.The method according to claim 1,
The step of calculating the granular coal chemical composition
The method of predicting slag composition of a fractionation layer coal gasifier slag based on the selective distribution phenomenon, characterized in that pulverized coal samples are taken together with the limestone flux in the coal drying and pulverizing system and the pulverized coal samples are prepared and analyzed.
미분탄회 화학조성 계산 단계는
미분기에 투입된 연료 및 플럭스의 양, 각각의 회분 함량 및 회조성으로부터 계산하여 이루어짐을 특징으로 하는 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법.The method according to claim 1,
The step of calculating the granular coal chemical composition
Wherein the ash content is calculated from the amount of fuel and flux, the ash content, and the ash content of the feedstock fed to the differentiator, based on the selective distribution phenomenon.
성분별 슬래그 이행 분율 적용 단계에서 이행 분율은
회를 구성하는 각 성분들의 휘발성 차이에 의해 상호간 다른 것을 특징으로 하는 선택적 분배현상에 기초한 분류층 석탄 가스화기 슬래그 조성 예측 방법.The method according to claim 1,
In the slag transfer fraction application phase, the transfer fraction
A method for predicting slag composition of a fractionation layer coal gasifier slag based on the selective distribution phenomenon characterized by the difference in volatility of each component constituting the slag.
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| JP2008088331A (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-17 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | Heat foaming characteristic of coal gasification slag, method for estimating optimum baking temperature and its program |
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