KR102319856B1 - 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치 및 이를 이용한 건조방법 - Google Patents

순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치 및 이를 이용한 건조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 순산소 연소시스템에서 발생하는 폐열을 이용하여 석탄 등의 연료에 대해 유동층 건조 원리를 사용한 건조를 수행할 수 있는 장치를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치는, 가스-가스 가열기와 믹싱탱크를 연결하는 배관인 시스템배관과 연결되어, 시스템배관을 따라 유동하는 배가스를 분기시키는 분기배관; 분기배관과 연결되고, 배가스를 전달받아 배가스로부터 이산화탄소를 분리시켜 배출함으로써 유동화가스를 공급하는 이산화탄소포집부; 내부에 공간을 구비하고, 피건조입자가 공급되는 입자공급부, 건조된 피건조입자가 배출되는 입자배출부, 유동화가스가 배출되는 가스배출부가 형성되는 케이싱; 외부로부터 공급되는 고온이고 다량의 수분이 함유된 유동화가스가 유입되는 유동화가스유입관 및 유동화가스가 배출되는 유동화가스유출관과 연결되고, 케이싱의 상부공간인 건조챔버에 설치되어 열교환을 통해 유입되는 유동화가스를 냉각시켜 상대습도를 올리는 열교환부; 케이싱의 내부 공간에 설치돼서 공간을 상하로 분할하는 복수의 분산홀을 가지는 베드; 케이싱의 하부공간에 위치하고, 유동화가스공급관이 연결되어 분산홀을 통해 유동화가스를 상향으로 공급하는 유동화가스챔버; 및 유동화가스유출관과 연결되어 열교환부를 지나 상대습도가 높아진 유동화가스의 수분을 제거하고 유동화가스공급관과 연결돼서 유동화가스공급관으로 수분이 제거된 유동화가스를 공급하는 수분제거기;를 포함한다.

Description

순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치 및 이를 이용한 건조방법 {FLUIDIZED BED DRYING APPARATUS USING WASTE HEAT OF OXY-FUEL COMBUSTION SYSTEM AND DRYING METHOD USING SAME}
본 발명은 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치 및 이를 이용한 건조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 순산소 연소시스템에서 발생하는 폐열을 이용하여 석탄 등의 연료에 대해 유동층 건조 원리를 사용한 건조를 수행할 수 있는 장치에 관한 것이다.
순산소 연소기술은 연소배가스를 연소로(보일러)로 재순환하고 연소를 위한 산화제를 순수 산소로 이용하는 방식으로, 배기가스에 이산화탄소와 수분만 존재하게 되는데 이때 수분을 응축해 제거하면 고농도의 이산화탄소를 얻을 수 있다. 배가스가 굴뚝에서 빠져나오기 전에 송풍기를 이용해 재순환시키고 공급된 순산소와 혼합해 연소로로 주입시키는 원리이다.
그리고, 유동층 건조장치는 석탄，갈탄，슬래그，석회석 등과 같은 습윤상태의 입자를 건조하기 위해 고온의 유동화가스에 의해 형성되는 유동층을 통해 입자를 이동시키면서 건조시키는 장치이다. 습기를 함유한 피건조입자가 베드의 상부에 공급되고, 이어서 고온의 유동화가스를 상기 베드의 하부로부터 분산공급하여 피건조입자를 유동화시키면, 피건조입자가 고온의 유동화가스와 접촉하면서 이동하기 때문에 피건조입자가 빠르고 신속하게 효율적으로 건조될 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0051248호(발명의 명칭: 폐루프 건조 시스템 및 방법)에서는, 유동층 건조기 및 상기 유동층 건조기와 유체로 소통되는 유동화 가스 루프를 포함하고, 상기 유동층 건조기는, 상기 유동층 건조기로 석탄을 전달하되, 상기 유동층 건조기 내부로 석탄을 이송하고, 상기 유동층 건조기로 산소가 침투되는 것을 방지하기 위해 탄소가 이송되는 동안 비활성 가스를 공급받는 석탄 유입구; 유동화 가스를 전달받는 가스 유입구; 상기 유동층 건조기 내의 석탄과 유동화 가스를 가열하는 열교환기; 수증기와 유동화 가스를 제거하는 가스 유출구; 및 상기 유동층 건조기로부터 석탄을 제거하되, 상기 유동층 건조기 외부로 석탄을 이송하고, 상기 유동층 건조기로 산소가 침투되는 것을 방지하기 위해 탄소가 이송되는 동안 비활성 가스를 공급받는 석탄 유출구를 포함하고, 상기 유동화 가스 루프는, 유동화 가스를 가열하는 열교환기; 상기 유동층 건조기의 상부로 가스를 보내는 바이패스; 상기 유동층 건조기로부터 유동화 가스가 배출된 후 유동화 가스로부터 미세한 입자를 제거하는 먼지 수집기; 유동화 가스로부터 수분을 제거하는 응축기; 상기 유동화 가스 루프를 통해 유동화 가스를 순환시키되, 상기 유동화 가스 루프로 산소가 침투되는 것을 방지하기 위해 비활성 가스가 보내지는 밀봉을 갖는 팬; 상기 유동화 가스 루프로부터 가스를 제거하는 벤트 유출구; 및 상기 유동화 가스 루프로 유동화 가스를 추가하는 보충 가스 유입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄 건조시스템이 개시되어 있다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0051248호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 순산소 연소시스템에서 발생하는 폐열을 이용하여 석탄 등의 연료에 대한 유동층 건조를 구현하는 것이다.
그리고, 순산소 연소시스템에서 순환되는 배가스에 수분이 포함된 경우, 유동층 건조를 수행하는 동일 장치에서 수분제거도 수행되도록 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 가스-가스 가열기와 믹싱탱크를 포함하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치에 있어서, 상기 가스-가스 가열기와 상기 믹싱탱크를 연결하는 배관인 시스템배관과 연결되어, 상기 시스템배관을 따라 유동하는 배가스를 분기시키는 분기배관; 상기 분기배관과 연결되고, 상기 배가스를 전달받아 상기 배가스로부터 이산화탄소를 분리시켜 배출함으로써 유동화가스를 공급하는 이산화탄소포집부; 내부에 공간을 구비하고, 피건조입자가 공급되는 입자공급부, 건조된 피건조입자가 배출되는 입자배출부, 유동화가스가 배출되는 가스배출부가 형성되는 케이싱; 외부로부터 공급되는 고온이고 다량의 수분이 함유된 유동화가스가 유입되는 유동화가스유입관 및 유동화가스가 배출되는 유동화가스유출관과 연결되고, 상기 케이싱의 상부공간인 건조챔버에 설치되어 열교환을 통해 유입되는 유동화가스를 냉각시켜 상대습도를 올리는 열교환부; 상기 케이싱의 내부 공간에 설치돼서 공간을 상하로 분할하는 복수의 분산홀을 가지는 베드; 상기 케이싱의 하부공간에 위치하고, 유동화가스공급관이 연결되어 상기 분산홀을 통해 유동화가스를 상향으로 공급하는 유동화가스챔버; 및 상기 유동화가스유출관과 연결되어 상기 열교환부를 지나 상대습도가 높아진 유동화가스의 수분을 제거하고 상기 유동화가스공급관과 연결돼서 상기 유동화가스공급관으로 수분이 제거된 유동화가스를 공급하는 수분제거기;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 입자공급부로 제어신호를 전달하여 상기 입자공급부로부터 상기 케이싱으로 공급되는 피건조입자의 양이 조절되도록 하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 케이싱 내부에 설치되어, 상기 케이싱 내부의 습도를 측정하는 습도센서; 및 상기 분기배관에 설치되어, 상기 분기배관을 따라 유동하는 배가스의 온도를 측정하는 배가스온도센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 습도센서로부터 상기 케이싱 내부의 습도 정보를 전달 받고, 상기 케이싱 내부의 습도 변화에 따라 상기 피건조입자의 공급량이 가변되도록 상기 입자공급부로 제어신호를 전달할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 배가스온도센서로부터 상기 분기배관을 따라 유동하는 배가스 온도 정보를 전달 받고, 배가스 온도 변화에 따라 상기 피건조입자의 공급량이 가변되도록 상기 입자공급부로 제어신호를 전달할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 열교환부는 코일 형태로 감겨진 관의 형상일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 상기 가스-가스 가열기로부터 상기 믹싱탱크로 배가스가 유동하고, 배가스의 일부가 분기배관을 따라 유동하는 제1단계; 상기 분기배관을 통과한 배가스가 상기 이산화탄소포집부로 유입되고, 상기 이산화탄소포집부가 배가스로부터 이산화탄소를 분리시키고, 이산화탄소를 유동화가스로 상기 열교환부에 제공하는 제2단계; 상기 열교환부를 통과하는 유동화가스가 상기 케이싱 내부를 가열시켜 피건조입자를 건조시킨 후, 상기 열교환부로부터 배출된 유동화가스가 상기 수분제거기를 통과하면서 수분이 제거되는 제3단계; 상기 수분제거기를 통과한 유동화가스가 상기 케이싱 내부의 건조챔버로 공급되어 피건조입자에 의한 유동층을 형성하는 제4단계; 및 상기 피건조입자가 상기 케이싱 내부로터 배출되어 성형 후 저장되는 제5단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 순산소 연소시스템에서 발생하는 폐열을 이용하여 석탄 등의 연료에 대해 유동층 건조 원리를 사용한 건조를 수행함으로써, 연료의 발열량을 높이고 시스템 전체의 효율을 증대시킬 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명의 효과는, 고온의 순산소 연소시스템의 폐열을 사용하여 추가적인 건조작업을 할 수 있으므로 에너지효율을 증대 시킬 뿐 아니라, 플랜트 전체의 부가가치를 높일 수 있다는 것이다.
그리고, 본 발명의 효과는, 순환되는 배가스에 수분이 포함되어 있는 경우에는 열교환을 통해 상대습도를 올려서 수분제거가 용이하도록 하여, 수분제거에 따른 별도의 추가적인 에너지의 공급이 불필요하다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 순산소 연소시스템의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유동층 건조장치에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유동층 건조장치의 일부에 대한 투과사시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 순산소 연소시스템의 일부를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유동층 건조장치에 대한 개략도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유동층 건조장치의 일부에 대한 투과사시도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 가스-가스 가열기(10)(Gas-Gas Heater, GGH)와 믹싱탱크(20)(Mixture Tank)를 포함하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 장치인 본 발명의 유동층 건조장치는, 가스-가스 가열기(10)와 믹싱탱크(20)를 연결하는 배관인 시스템배관(120)과 연결되어, 시스템배관(120)을 따라 유동하는 배가스를 분기시키는 분기배관(110); 분기배관(110)과 연결되고, 배가스를 전달받아 배가스로부터 이산화탄소를 분리시켜 배출함으로써 유동화가스를 공급하는 이산화탄소포집부(200); 내부에 공간을 구비하고, 피건조입자가 공급되는 입자공급부(420), 건조된 피건조입자가 배출되는 입자배출부(440), 유동화가스가 배출되는 가스배출부(450)가 형성되는 케이싱(410); 외부로부터 공급되는 고온이고 다량의 수분이 함유된 유동화가스가 유입되는 유동화가스유입관(320) 및 유동화가스가 배출되는 유동화가스유출관(330)과 연결되고, 케이싱(410)의 상부공간인 건조챔버(411)에 설치되어 열교환을 통해 유입되는 유동화가스를 냉각시켜 상대습도를 올리는 열교환부(310); 케이싱(410)의 내부 공간에 설치돼서 공간을 상하로 분할하는 복수의 분산홀을 가지는 베드(414); 케이싱(410)의 하부공간에 위치하고, 유동화가스공급관(530)이 연결되어 분산홀을 통해 유동화가스를 상향으로 공급하는 유동화가스챔버(412); 및 유동화가스유출관(330)과 연결되어 열교환부(310)를 지나 상대습도가 높아진 유동화가스의 수분을 제거하고 유동화가스공급관(530)과 연결돼서 유동화가스공급관(530)으로 수분이 제거된 유동화가스를 공급하는 수분제거기(510);를 포함한다. 본 발명의 유동층 건조장치는, 내부에 고온의 유동화가스를 열교환하여 온도를 낮추는 것에 특징이 있으며, 소정의 조건에 따라 본 발명의 유동층 건조장치로 공급되는 피건조입자의 양을 조절하는 것에 특징이 있을 수 있다.
도 1은 구체적으로 순산소 연소시스템에 포함되는 배가스 재순환(Flue Gas Recirculation, FGR) 시스템의 구성을 간략히 도시한 것일 수 있다. 여기서, 배가스 재순환 시스템에는, 고농도의 배가스 또는 순산소를 전달받고 고농도의 배가스와 순산소를 배합하여 공급하는 믹싱탱크(Mixtuer Tank)(20), 믹싱탱크(20)로부터 전달받은 유체를 예비적으로 가열시키는 가스-공기 예열장치(Gas Air Heater, GAH)(30), 배가스에 대해 선택적촉매환원법(Selective Catalysis reduction)을 이용하여 탈질을 수행하고 열교환을 위해 가스-공기 예열장치(30)에 배가스를 제공하는 배기탈질장치(40), 및 배기탈질장치(40)로부터 배가스를 전달받고 전달받은 배가스의 일부를 믹싱탱크(20)로 재순환시키는 가스-가스 가열기(Gas-Gas Heater, GGH)(10)를 포함할 수 있다. 이와 같은 순산소 연소시스템 내 배가스 재순환 시스템은 공지된 사항으로써 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같은 순산소 연소시스템 내 배가스 재순환 시스템에서, 재순환되는 배가스의 일부를 열원으로 이용할 수 있으며, 이와 같은 폐열을 이용하여 유동층 건조를 수행할 수 있다. 재순환되는 배가스의 일부는 분기배관(110)을 통해 유동할 수 있으며, 분기배관(110)을 통과한 배가스가 이산화탄소포집부(200)로 유입될 수 있다. 석탄 등과 같은 피건조입자에 대한 건조 시 산소가 포함되지 않는 것이 용이하므로, 분기배관(110)은 상기와 같이 가스-가스 가열기(10)와 믹싱탱크(20) 사이에 설치되어 가스-가스 가열기(10)로부터 믹싱탱크(20)로 유동하는 배가스의 일부를 분기시켜, 이산화탄소포집부(200)로 유동하는 배가스에 산소가 포함되지 않도록 할 수 있다.
배가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치인 이산화탄소포집부(200)는 공지의 기술로써, 이산화탄소포집부(200)는, 탄산칼륨과 같은 흡착제를 흡착반응기(210)와 재생반응기(230)를 순환시키면서, 배가스유입관(250)으로 공급되는 배가스에서 분리된 이산화탄소를 재생반응기(230)와 연결되는 제2싸이클론(222)을 통해 배출할 수 있다. 또한, 이산화탄소포집부(200)는, 흡착반응기(210)를 통과한 기체와 흡착제를 분리하는 제1싸이클론(221) 및, 재생반응기(230)로 재생가스를 공급하는 재생가스공급관(240)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 제2싸이클론(222)을 통해 배출된 이산화탄소는 유동화가스로 이용되며, 이와 같은 유동화가스가 유동화가스유입관(320)으로 유입되어 열교환부(310)로 제공될 수 있다.
케이싱(410)은 고온에서 견딜 수 있는 SUS와 같은 금속소재로 이루어질 수 있으며, 내부의 열의 유출을 막아 에너지 효율을 높이도록 단열재로 커버될 수 있다. 그리고, 케이싱(410)은 베드(414)에 의해 내부공간이 분할되며, 베드(414) 하부의 공간은 유동화가스챔버(412)를 이루고, 베드(414)의 상측은 피건조입자가 장입되는 건조챔버(411)가 될 수 있다. 베드(414)는 복수의 분산홀이 형성되는 판으로써, 금속재질 등으로 이루어질 수 있다.
유동화가스챔버(412)에는 유동화가스공급관(530)이 연결되어, 유동화가스가 유동화가스챔버(412) 내부를 채우면서 베드(414)에 형성된 분산홀을 통해 상승하여 베드(414) 상측의 공간으로 공급될 수 있다. 유동화가스챔버(412) 내부는 챔버분할벽(413)이 형성되어 압력분포를 균일하게 할 수 있다. 케이싱(410)에서 베드(414) 상측의 공간의 일측으로는 입자공급부(420)가 형성되어, 외부로부터 피건조입자가 공급될 수 있다. 입자공급부(420)의 내부에는 입자공급의 원활을 위해 입자공급스크류(421)가 설치될 수 있다.
케이싱(410)에서 베드(414) 상측의 공간의 타측으로는 입자배출부(440)가 형성되어, 건조된 피건조입자가 배출될 수 있으며, 입자배출부(440)는 케이싱(410)의 외부로 돌출되어 하측을 향하는 관의 형태로 형성될 수 있다. 입자배출부(440)의 높이는 입자공급부(420)의 높이 이하로 하는 것이 연속적인 입자의 공급과 배출에 유리할 수 있다. 입자배출부(440)에는 피건조입자의 배출량을 조절하는 입자배출조절밸브가 설치될 수 있다. 케이싱(410)의 상측으로는 가스배출부(450)가 형성되어, 피건조입자의 유동화 및 건조를 수행한 유동화가스를 계속적으로 배출할 수 있다. 배출되는 유동화가스는 상당히 고온인 경우가 있을 수 있고, 일정량의 피건조입자를 포함하고 있으므로, 피건조입자를 기체로부터 분리하는 집진기(710)에 의해 하는 것에 의해 고체입자를 분리하고, 나머지 기체는 열교환기에 의해 다른 공정의 열원으로 쓰거나, 유동화가스가 요구되는 온도까지 가열하여 유동화가스공급관(530)으로 피드백시켜 재사용할 수도 있다.
열교환부(310)는 기본적으로 유동화가스의 온도를 낮추는 역할을 하고, 동시에 상기 건조챔버(411) 내부의 온도를 상승시켜 건조효율을 향상시킬 수 있다. 열교환부(310)는 유동화가스유입관(320)과 유동화가스유출관(330)의 사이에서, 케이싱(410) 내부에 배치될 수 있다. 열교환부(310)는 여러가지 형상이 고려될 수 있으며, 열교환부(310)는 코일 형태로 감겨진 관의 형상일 수 있다. 열교환부(310)가 코일 형태로 감겨진 관의 형상인 경우, 케이싱(410) 내부를 유동하는 유동화가스와의 접촉 면적이 증가하여 피건조입자에 대한 건조 효율이 증대될 수 있다. 이 때, 열교환부(310)는 열교환성능을 크게 하기 위해 부피를 팽창시켜 유동화가스의 이동속도를 낮추는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 관의 형상인 열교환부(310)의 단면을 유동화가스유입관(320)의 단면보다 크게 하여 케이싱(410) 내의 체류시간을 증대시킬 수 있다. 그리고, 열교환부(310)가 복수의 열교환이 병렬로 배치되는 것도 가능할 수 있다. 이에 의해 케이싱(410) 내부에서의 열교환면적을 넓힐 수 있다. 또는, 열교환부(310)를 내부에 공간을 가지는 플레이트 형상으로 하는 것도 가능할 수 있다. 이와 같이, 열교환부(310)는 다양한 형태를 가질 수 있으며 위에 열거한 것에 한정되지 않을 수 있다.
본 발명의 유동층 건조장치는 열교환부(310)에 인접하게 설치되고 보조적으로 케이싱(410) 내부로 열을 공급하는 보조열교환부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 보조열교환부는 열교환부(310)와 동일한 형상을 구비할 수 있으며, 분기배관(110)으로부터 배가스를 전달 받을 있다. 즉, 보조열교환부는 이산화탄소포집부(200)를 거치지 않은 배가스를 직접 전달 받을 수 있다. 그리고, 보조열교환부를 따라 유동한 후 보조열교환부로부터 배출된 배가스는 다시 시스템배관(120)으로 유입될 수 있다. 그리고, 배가스는 분기배관(110)로부터 이산화탄소포집부(200) 또는 보조열교환부로 유동할 수 있으며, 열교환부(310)에 의한 열량이 부족한 경우, 보조열교환부를 통해 배가스를 선택적으로 유동시킴으로써 부족한 열량을 보충할 수 있다. 그리고, 이를 위해 분기배관(110)과 보조열교환부 사이에는 밸브인 보조밸브(미도시)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 케이싱(410) 내부에는 온도를 측정하는 센서로써 케이싱온도센서(640)가 형성될 수 있고, 하기에서 설명하는 제어부(610)는 케이싱온도센서(640)로부터 케이싱(410) 내부 온도에 대한 정보를 전달 받을 수 있다. 제어부(610)가 케이싱온도센서(640)로부터 케이싱(410) 내부 온도에 대한 정보를 전달 받은 후, 제어부(610)에서 미리 설정된 온도보다 케이싱(410) 내부 온도가 감소되는 것으로 판단되는 경우, 제어부(610)는 보조밸브로 제어신호를 전달하고 이에 따라 보조밸브가 개방되어 보조열교환부에 배가스가 유동함으로써 케이싱(410) 내부의 온도를 상승시킬 수 있다. 그리고, 보조열교환부를 이용하지 않는 경우에는, 제어부(610)는 보조밸브로 제어신호를 전달하고 이에 따라 보조밸브가 폐쇄될 수 있다.
유동화가스유출관(330)과 연결되어 유동화가스 내부의 수분을 제거하고 유동화가스공급관(530)과 연결되는 수분제거기(510)가 설치될 수 있다. 수분제거기(510)에 공급되는 유동화가스는 최초의 유동화가스보다 온도가 떨어져 있으므로, 상대습도가 올라가서 수분제거가 유리할 수 있다. 또, 최초의 유동화가스에 포함된 열량은 케이싱(410) 내부에서 방출되므로, 이 방출된 열량은 피건조입자를 건조시키기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 케이싱(410)의 유동화가스챔버(412)에 연결되는 유동화가스공급관(530)에는 유동화가스공급기(520)가 설치될 수 있다. 유동화가스공급기(520)는 유동화가스 내부의 이물질을 제거하는 필터 또는 유동화가스를 가압하여 공급하는 블로워가 포함될 수 있다.
입자공급부(420)에는 호퍼의 형상인 입자공급호퍼(430)가 연결되어, 외부로부터 공급되는 피건조입자를 정량적으로 케이싱(410) 내부에 공급할 수 있다. 입자공급호퍼(430)에서 입자공급를 거쳐 케이싱(410) 내부로 피건조입자를 이송하는 힘은 입자공급스크류(421)에 의해 수행될 수 있으며, 그 밖의 다른 입자운송장치를 사용하는 것이 가능할 수 있다. 또한, 케이싱(410)의 가스배출부(450)는 집진기(710)와 연결돼서, 정제된 유동화가스만 여과가스방출관(720)을 통해 배출될 수 있다. 수집된 건조입자는 회수입자배출관(730)를 통해 배출될 수 있다. 그리고, 케이싱(410)의 하부공간에 형성되는 유동화가스챔버(412)에는 유동화가스공급기(520)에 연결되는 유동화가스공급관(530)이 결합될 수 있다. 유동화가스공급기(520)는 컴프레서, 펌프 등으로 형성될 수 있다.
입자배출부(440)의 주위에는 건조된 피건조입자를 이송할 수 있는 이송수단이 배치되며, 본 명세서에서는 입자를 이송하기 위해 컨베이어(740)를 사용할 수 있다. 따라서, 컨베이어(740)가 관 형상의 입자배출부(440)보다 하측에 위치할 수 있. 그리고, 회수입자배출관(730)도 컨베이어(740) 상에 건조입자를 공급할 수 있도록 배치할 수 있다. 컨베이어(740)의 후단에는 건조된 피건조입자를 일정한 모양(예를 들어, 펠렛 등)으로 성형하는 성형기(750)가 설치될 수 있다. 성형기(750)는 연속동작을 위해 롤성형기(750)로 제작되는 것이 바람직할 수 있다. 성형기(750)의 아래에는 완성된 제품이 수집되는 저장부(760)가 배치될 수 있다. 따라서, 입자공급호퍼(430)를 통해 피건조입자를 공급하면 입자공급부(420)에 의해 피건조입자는 케이싱(410) 내부로 공급되고, 케이싱(410) 내부에 공급된 입자는 유동화가스공급관(530)을 통해 공급되는 유동화가스에 의해 유동화되며 진행할 수 있다. 그리고, 입자배출부(440)로 건조된 피건조입자가 연속적으로 배출되고, 입자공급부(420)를 통해 피건조입자가 연속적으로 공급되는 것에 의해 건조입자의 연속생산이 가능할 수 있다. 석탄입자의 경우에는 컨베이어(740)의 후단에 설치되는 성형기(750)에 의해 펠렛 등의 형태로 제작되어, 성형기(750) 후단의 저장부(760) 등으로 공급될 수 있다.
본 발명의 유동층 건조장치는, 입자공급부(420)로 제어신호를 전달하여 입자공급부(420)로부터 케이싱(410)으로 공급되는 피건조입자의 양이 조절되도록 하는 제어부(610)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제어부(610)는, 입자공급호퍼(430)로 제어신호를 전달하여 입자공급호퍼(430)로부터 입자공급스크류(421)로 전달되는 피건조입자의 양을 가변시키거나, 또는, 입자공급스크류(421)로 제어신호를 전달하여 입자공급스크류(421)의 회전 속도를 가변시킴으로써, 입자공급스크류(421)로부터 케이싱(410)으로 공급되는 피건조입자의 양을 가변시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 유동층 건조장치는, 케이싱(410) 내부에 설치되어, 케이싱(410) 내부의 습도를 측정하는 습도센서(620); 및 분기배관(110)에 설치되어, 분기배관(110)을 따라 유동하는 배가스의 온도를 측정하는 배가스온도센서(630)를 더 포함할 수 있다. 습도센서(620)가 케이싱(410) 내부의 습도 변화를 측정함으로써, 케이싱(410) 내부를 통과하는 피건조입자에 함유된 수분의 변화량을 제어부(610)에서 판단할 수 있다. 구체적으로, 케이싱(410) 내부의 단위 시간 당 습도가 증가하는 경우, 제어부(610)는 시간의 흐름에 따라 케이싱(410) 내부의 습도가 증가하면서 피건조입자가 건조되면서 생성되는 수분의 양이 증가하는 것으로 판단하고, 이에 따라 공급되는 피건조입자의 수분함유량이 증가한 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 케이싱(410) 내부의 단위 시간 당 습도가 감소하는 경우, 제어부(610)는 시간의 흐름에 따라 케이싱(410) 내부의 습도가 감소하면서 피건조입자가 건조되면서 생성되는 수분의 양이 감소하는 것으로 판단하고, 이에 따라 공급되는 피건조입자의 수분함유량이 감소한 것으로 판단할 수 있다. 습도센서(620)에 의한 케이싱(410) 내부의 습도 정보와 배가스온도센서(630)에 의한 분기배관(110)을 따라 유동하는 배가스의 온도 정보는 실시간으로 제어부(610)로 전달될 수 있다.
제어부(610)는, 습도센서(620)로부터 케이싱(410) 내부의 습도 정보를 전달 받고, 케이싱(410) 내부의 습도 변화에 따라 피건조입자의 공급량이 가변되도록 입자공급부(420)로 제어신호를 전달할 수 있다. 그리고, 제어부(610)는, 배가스온도센서(630)로부터 분기배관(110)을 따라 유동하는 배가스 온도 정보를 전달 받고, 배가스 온도 변화에 따라 피건조입자의 공급량이 가변되도록 입자공급부(420)로 제어신호를 전달할 수 있다.
습도센서(620)로부터 제어부(610)로 케이싱(410) 내부의 단위 시간 당 습도가 증가하는 것으로 정보가 전달되는 경우, 제어부(610)는 측정된 시점에 공급되는 피건조입자의 수분함유량이 그 전에 공급된 피건조입자의 수분함유량보다 증가된 것으로 판단하고, 일정한 양으로 케이싱(410) 내부로 공급되는 열 대비 수분함유량이 증가한 피건조입자의 건조 효율 저하를 방지하기 위하여, 제어부(610)는 입자공급부(420)로 제어신호를 전달하고 이에 따라 입자공급부(420)에서는 케이싱(410) 내부로 공급되는 피건조입자의 양을 감소시킬 수 있다.
마찬가지로, 습도센서(620)로부터 제어부(610)로 케이싱(410) 내부의 단위 시간 당 습도가 감소하는 것으로 정보가 전달되는 경우, 제어부(610)는 측정된 시점에 공급되는 피건조입자의 수분함유량이 그 전에 공급된 피건조입자의 수분함유량보다 감소된 것으로 판단하고, 일정한 양으로 케이싱(410) 내부로 공급되는 열이 수분함유량이 감소한 피건조입자를 건조시키기 위해 필요한 열보다 과도하게 되어 열효율이 저하되거나 과도한 열에 의해 다른 구성에 대한 손상이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 제어부(610)는 입자공급부(420)로 제어신호를 전달하고 이에 따라 입자공급부(420)에서는 케이싱(410) 내부로 공급되는 피건조입자의 양을 증가시킬 수 있다.
배가스온도센서(630)로부터 제어부(610)로 분기배관(110)을 따라 유동하는 배가스의 단위 시간 당 온도가 증가하는 것으로 전달되는 경우, 제어부(610)는 측정된 시점에 배가스의 온도가 그 전에 제공되는 배가스의 온도보다 증가한 것으로 판단하고, 일정한 양으로 공급되는 케이싱(410) 내부로 공급되는 유동화가스의 온도가 상승한 것으로 판단하여, 일정한 양으로 케이싱(410) 내부로 공급되는 피건조입자를 건조시키기 위해 필요한 열보다 과도하게 되어 열효율이 저하되거나 과도한 열에 의해 다른 구성에 대한 손상이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 제어부(610)는 입자공급부(420)로 제어신호를 전달하고 이에 따라 입자공급부(420)에서는 케이싱(410) 내부로 공급되는 피건조입자의 양을 증가시킬 수 있다.
마찬가지로, 배가스온도센서(630)로부터 제어부(610)로 분기배관(110)을 따라 유동하는 배가스의 단위 시간 당 온도가 감소하는 것으로 전달되는 경우, 제어부(610)는 측정된 시점에 배가스의 온도가 그 전에 제공되는 배가스의 온도보다 감소한 것으로 판단하고, 일정한 양으로 공급되는 케이싱(410) 내부로 공급되는 유동화가스의 온도가 감소한 것으로 판단하여, 일정한 양으로 케이싱(410) 내부로 공급되는 피건조입자의 건조 효율 저하를 방지하기 위하여, 제어부(610)는 입자공급부(420)로 제어신호를 전달하고 이에 따라 입자공급부(420)에서는 케이싱(410) 내부로 공급되는 피건조입자의 양을 감소시킬 수 있다.
상기에서는, 습도센서(620) 또는 배가스온도센서(630)로부터 전달되는 각각의 정보에 따라 제어부(610)에 의한 제어가 수행되는 것으로 설명하고 있으나, 습도센서(620) 및 배가스온도센서(630)로부터 전달되는 각각의 정보를 동시에 판단하여 제어부(610)에 의한 제어가 수행될 수도 있다. 상기와 같이 습도센서(620)와 배가스온도센서(630)에 측정된 정보에 따라 케이싱(410) 내부로 공급되는 피건조입자의 양이 자동으로 제어되도록 함으로써, 공급되는 배가스의 폐열을 이용한 피건조입자의 건조 효율을 증대시키고, 폐열을 이용하면서 발생할 수 있는 장치의 손상을 방지할 수 있다. 상기와 같이 구성되는 본 발명의 유동층 건조장치를 포함하는 순산소 연소시스템을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 유동층 건조장치를 이용한 건조방법에 대해 설명하기로 한다. 먼저, 제1단계에서, 가스-가스 가열기(10)로부터 믹싱탱크(20)로 배가스가 유동하고, 배가스의 일부가 분기배관(110)을 따라 유동할 수 있다. 그리고, 제2단계에서, 분기배관(110)을 통과한 배가스가 이산화탄소포집부(200)로 유입되고, 이산화탄소포집부(200)가 배가스로부터 이산화탄소를 분리시키고, 이산화탄소를 유동화가스로 열교환부(310)에 제공할 수 있다. 그 후, 제3단계에서, 열교환부(310)를 통과하는 유동화가스가 케이싱(410) 내부를 가열시켜 피건조입자를 건조시킨 후, 열교환부(310)로부터 배출된 유동화가스가 수분제거기(510)를 통과하면서 수분이 제거될 수 있다. 다음으로, 제4단계에서, 수분제거기(510)를 통과한 유동화가스가 케이싱(410) 내부의 건조챔버(411)로 공급되어 피건조입자에 의한 유동층을 형성할 수 있다. 마지막으로, 제5단계에서, 피건조입자가 케이싱(410) 내부로부터 배출되어 성형 후 저장될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 가스-가스 가열기 20 : 믹싱탱크
30 : 가스-공기 예열장치 40 : 배기탈질장치
110 : 분기배관 120 : 시스템배관
200 : 이산화탄소포집부 210 : 흡착반응기
221 : 제1싸이클론 222 : 제2싸이클론
230 : 재생반응기 240 : 재생가스공급관
250 : 배가스유입관 310 : 열교환부
320 : 유동화가스유입관 330 : 유동화가스유출관
410 : 케이싱 411 : 건조챔버
412 : 유동화가스챔버 413 : 챔버분할벽
414 : 베드 420 : 입자공급부
421 : 입자공급스크류 430 : 입자공급호퍼
440 : 입자배출부 450 : 가스배출부
510 : 수분제거기 520 : 유동화가스공급기
530 : 유동화가스공급관 610 : 제어부
620 : 습도센서 630 : 배가스온도센서
640 : 케이싱온도센서 710 : 집진기
720 : 여과가스방출관 730 : 회수입자배출관
740 : 컨베이어 750 : 성형기
760 : 저장부

Claims (8)

  1. 가스-가스 가열기와 믹싱탱크를 포함하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치에 있어서,
    상기 가스-가스 가열기와 상기 믹싱탱크를 연결하는 배관인 시스템배관과 연결되어, 상기 시스템배관을 따라 유동하는 배가스를 분기시키는 분기배관;
    상기 분기배관과 연결되고, 상기 배가스를 전달받아 상기 배가스로부터 이산화탄소를 분리시켜 배출함으로써 유동화가스를 공급하는 이산화탄소포집부;
    내부에 공간을 구비하고, 피건조입자가 공급되는 입자공급부, 건조된 피건조입자가 배출되는 입자배출부, 유동화가스가 배출되는 가스배출부가 형성되는 케이싱;
    외부로부터 공급되는 고온이고 다량의 수분이 함유된 유동화가스가 유입되는 유동화가스유입관 및 유동화가스가 배출되는 유동화가스유출관과 연결되고, 상기 케이싱의 상부공간인 건조챔버에 설치되어 열교환을 통해 유입되는 유동화가스를 냉각시켜 상대습도를 올리는 열교환부;
    상기 케이싱의 내부에서 상기 열교환부에 인접하게 형성되어 보조적으로 상기 케이싱의 내부로 열을 공급하며, 상기 열교환부와 동일한 형상을 구비하고, 상기 분기배관으로부터 직접 배가스를 전달받는 보조열교환부;
    상기 분기배관과 상기 보조열교환부 사이에 형성되는 밸브인 보조밸브;
    상기 케이싱의 내부에 형성되고 상기 케이싱 내부의 온도를 측정하는 케이싱온도센서;
    상기 케이싱의 내부 공간에 설치돼서 공간을 상하로 분할하는 복수의 분산홀을 가지는 베드;
    상기 케이싱의 하부공간에 위치하고, 유동화가스공급관이 연결되어 상기 분산홀을 통해 유동화가스를 상향으로 공급하는 유동화가스챔버;
    상기 유동화가스유출관과 연결되어 상기 열교환부를 지나 상대습도가 높아진 유동화가스의 수분을 제거하고 상기 유동화가스공급관과 연결돼서 상기 유동화가스공급관으로 수분이 제거된 유동화가스를 공급하는 수분제거기; 및
    상기 케이싱온도센서로부터 상기 케이싱 내부 온도에 대한 정보를 전달받는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부에서 상기 케이싱 내부 온도가 감소되는 것으로 판단되는 경우, 상기 제어부는 상기 보조밸브로 제어신호를 전달하고, 상기 보조밸브가 개방되어 상기 보조열교환부로 배가스가 유동되어 상기 케이싱 내부 온도가 상승되는 것을 특징으로 하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 입자공급부로 제어신호를 전달하여 상기 입자공급부로부터 상기 케이싱으로 공급되는 피건조입자의 양이 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 케이싱 내부에 설치되어, 상기 케이싱 내부의 습도를 측정하는 습도센서; 및
    상기 분기배관에 설치되어, 상기 분기배관을 따라 유동하는 배가스의 온도를 측정하는 배가스온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 습도센서로부터 상기 케이싱 내부의 습도 정보를 전달 받고, 상기 케이싱 내부의 습도 변화에 따라 상기 피건조입자의 공급량이 가변되도록 상기 입자공급부로 제어신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배가스온도센서로부터 상기 분기배관을 따라 유동하는 배가스 온도 정보를 전달 받고, 배가스 온도 변화에 따라 상기 피건조입자의 공급량이 가변되도록 상기 입자공급부로 제어신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환부는 코일 형태로 감겨진 관의 형상인 것을 특징으로 하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소 연소시스템.
  8. 청구항 1의 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치를 이용한 건조방법에 있어서,
    상기 가스-가스 가열기로부터 상기 믹싱탱크로 배가스가 유동하고, 배가스의 일부가 분기배관을 따라 유동하는 제1단계;
    상기 분기배관을 통과한 배가스가 상기 이산화탄소포집부로 유입되고, 상기 이산화탄소포집부가 배가스로부터 이산화탄소를 분리시키고, 이산화탄소를 유동화가스로 상기 열교환부에 제공하는 제2단계;
    상기 열교환부를 통과하는 유동화가스가 상기 케이싱 내부를 가열시켜 피건조입자를 건조시킨 후, 상기 열교환부로부터 배출된 유동화가스가 상기 수분제거기를 통과하면서 수분이 제거되는 제3단계;
    상기 수분제거기를 통과한 유동화가스가 상기 케이싱 내부의 건조챔버로 공급되어 피건조입자에 의한 유동층을 형성하는 제4단계; 및
    상기 피건조입자가 상기 케이싱 내부로터 배출되어 성형 후 저장되는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소 연소시스템의 폐열을 이용하는 유동층 건조장치를 이용한 건조방법.
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