KR20080022967A - Steam generator to contain and cool synthesis gas - Google Patents

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Abstract

A syngas cooler is provided to extend the service life of a unit and reduce fuel cost by recovering heat removed from a vaporizer enclosure region and transferring the recovered heat to a steam and water system of a vaporizing power plant. A syngas cooler(10) comprises: a body having an inlet(14) and an outer(36) formed thereon; a fluid-cooling internal flue formed in the body to contain syngas(12); a fluid-cooling external flue or enclosure region(28) formed in the body to receive syngas from the internal flue; a radiant heat transfer surface formed within the internal flue to cool syngas; and a transfer unit for transferring syngas from the external flue to the outlet. The syngas cooler further comprises a water tank(38) formed in a bottom part of the syngas cooler to contain and cool solids contained in syngas, and a solid discharge port(40) for removing solids from the syngas cooler. The fluid-cooling internal flue includes an internal enclosure wall(18) made of fluid-cooling tubes. The fluid-cooling external flue includes an external enclosure wall(30) made of fluid-cooling tubes. The radiant heat transfer surface includes fluid-cooling wing wall surfaces(20) which is integrally suspended to an inner part of the syngas cooler, and which are partially exposed to syngas flowing in.

Description

합성가스 냉각기 {Steam generator to contain and cool synthesis gas}Syngas cooler {Steam generator to contain and cool synthesis gas}

도 1은 본 발명에 따른 복사식 합성가스 냉각기의 제1실시예를 개략적으로 도시한 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view schematically showing a first embodiment of a radiant syngas cooler according to the present invention.

도 2는 도 1의 2-2선에서 바라본 도 1의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1 as seen from line 2-2 of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 대류가열표면을 배치한 복사식 합성가스 냉각기의 제2실시예를 개략적으로 도시한 측단면도이다.3 is a side cross-sectional view schematically showing a second embodiment of a radiant syngas cooler having a convection heating surface according to the present invention.

도 4는 본 발명엥 따른 일체형 기화기를 배치한 복사식 합성가스 냉각기의 제3실시예를 개략적으로 도시한 측단면도이다.4 is a side cross-sectional view schematically showing a third embodiment of a radiant syngas cooler having an integrated vaporizer according to the present invention.

본 발명은 석탄가스화 분야에 관한 것으로, 특히 석탄가스화공정으로 생성될 합성가스를 함유하고 냉각하는 데에 사용될 합성가스 냉각기에 관한 것이다.The present invention relates to the field of coal gasification, and more particularly to a syngas cooler to be used to contain and cool syngas to be produced in a coal gasification process.

고체연료를 연소하는 석탄가스화복합발전방식(Integrated Gasification Combined Cycle;이하 IGCC)용 발전소는 경쟁 고체연료기술, 예컨대 미분탄연소 랭 킨순환방식(pulverized coal combustion Rankine cycles)보다 통상적으로 더 많은 비용을 갖어야하는 한편, 낮은 신뢰성 및 작업효용성을 갖는다. 더욱 경쟁력을 갖는 IGCC를 만드는 제1구성부재는 비냉각 기화기와 복사 및 대류식 합성가스 냉각기를 구비한다. 복사식 합성가스 냉각기구조는 수용용기압력과 대부분의 발전소 부지에서는 선박크기의 한계성 때문에 전반적인 외경의 실제적인 한계성을 갖는다. 이러한 용기의 직경에 대한 한계로, 복사식 합성가스 냉각기의 전체 높이를 최소화하여 가스를 냉각하기 위해 사용될 복사식 열전달 증기발생표면를 최대한 조밀화시킬 필요가 있다.Power plants for the Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC), which burn solid fuels, should typically have a higher cost than competing solid fuel technologies, such as the pulverized coal combustion Rankine cycles. On the other hand, it has low reliability and work efficiency. The first component to make a more competitive IGCC includes an uncooled vaporizer and a radiant and convection syngas cooler. The radiative syngas cooler structure has a practical limit on the overall outer diameter due to the containment pressure and the limitations of the ship size at most plant sites. As a limitation to the diameter of such vessels, it is necessary to minimize the overall height of the radiant syngas cooler to maximize the radiant heat transfer steam generating surface to be used for cooling the gas.

Ziegler가 출원한 미국 특허출원 제4,768,470호는 냉각기의 전체 높이를 짧게한 증기발생벽표면으로 된 동축연료구조를 사용한다. 이러한 구조는 개별적인 해체과, 내부 및 외부연도의 제거와 검사를 제공하기 위해 독립 워터서킷(water circuit)을 갖춘 별도의 연도를 구비한다. 1992년 더 뱁콕 앤드 윌콕스 컴파니, 캐나다가 개발한 다른 구조는 냉각기 높이를 낮추고 표면적을 최대화시킨 연도 내부에 매달려 있는 부수 증기발생표면("날개벽(wing wall)")을 갖춘 증기발생벽표면의 단일연도를 사용한다. GHH Mann 등의 다른 회사는 유사한 구조를 사용하고 있다.US Patent Application No. 4,768,470, filed by Ziegler, uses a coaxial fuel structure with steam generating wall surfaces that shorten the overall height of the chiller. This structure has separate years with separate water circuits to provide separate disassembly and removal and inspection of internal and external flues. Another structure developed by The Hok Kok and Wilcox Company, Canada in 1992 is a single wall of steam generating wall with a secondary steam generating surface ("wing wall") suspended inside the year that lowers the chiller height and maximizes the surface area. Use year. Other companies, such as GHH Mann, use a similar structure.

현재의 해결책은 경쟁적인 수준까지 이러한 구성부재의 비용을 여전히 저감시키지 못한다. 대형의 상용가스터빈을 사용하는 발전소용 합성가스를 냉각하는 복사식 단일냉각기의 높이는 150 ft.를 초과할 수 있다. 몇몇 발전소의 구조는 전반적인 높이를 줄인 2개의 냉각기를 사용하는 반면에 비용이 증가한다. 덧붙여서, 예비기화기, 복사식 냉각기 및 대류식 냉각기는 실질적으로 상당한 비용으로 발전소 의 작업효용성을 향상시키도록 발전소설계에 구비되고 있다.Current solutions still do not reduce the cost of these components to competitive levels. The radiant single cooler for cooling syngas for power plants using large commercial gas turbines may exceed 150 ft. Some power plant structures use two coolers with reduced overall heights while increasing costs. In addition, pre-vaporizers, radiative coolers and convective coolers are provided in the plant design to substantially improve the plant's operational efficiency at substantial cost.

대류식 합성가스 냉각기를 위한 현재의 해결책은 2개의 구성부재를 연결하는 냉각연도를 갖춘 복사식 냉각기로부터 별도의 구성부재를 필요로 한다. 대류식 냉각기 구조는 물과 증기 튜브구조(튜브 내에 물 또는 증기, 외부에 가스)(셀 오일 컴파니) 및 화염튜브구조(튜브 내부에 가스, 외부에 물)(스테인뮬러(Steinmueller), 그 외)를 구비한다. 이러한 구조물들은 복사식 냉각기와는 별도로 압력용기엔클로저 및 물/증기 시스템을 필요로 한다. 가스연도와 대류식 냉각기에 주입구에서 만들어질 난류가 운영상에 어려움을 야기시킬 수 있는 연료재의 공급원을 창출한다.Current solutions for convection syngas coolers require a separate component from the radiant cooler with a cooling year connecting the two components. Convection chiller structures include water and steam tube structures (water or vapor in the tube, gas on the outside) (cell oil company) and flame tube structures (gas inside the tube, water on the outside) (Steinmueller, others ). These structures require pressure vessel enclosures and water / steam systems separately from radiative coolers. Gas flue and turbulence generated at the inlet in convection coolers create a source of fuel material that can cause operational difficulties.

기화기를 위한 현재의 해결책은 비냉각 및 냉각될 내화엔클로저를 구비하는 것이다. 비냉각 엔클로저(제네랄 일렉트릭사, 코노코(conoco), 그 외)는 고장과 잦은 교체를 경험하게 된다. 통상적으로, 이러한 구조로서 높은 효용성이 예비기화기트레인 및 기화기에 교체시간 동안 고비용으로 오일 또는 가스를 연소하는 가스터빈을 필요하다. 두꺼운 내화물의 비냉각구조를 위한 느린 가열 및 냉각이 내화물을 수리 또는 교체하기 위한 작동정지 시간을 연장한다. 현존하는 냉각기화기구조(셀 오일 컴파니, 퓨처 에너지사)가 기화기가스를 에워싸고 수용하도록 내화코팅재를 갖춘 별도의 물 또는 증기발생서킷을 사용한다. 이러한 몇몇 시스템은 낮은 압력, 발전소 증기/물 시스템의 외부로 열을 배출하는 강제순환식 냉각수시스템, 줄어든 효율성으로 이용된다. 하류식 냉각회로를 일체로 갖춘 증기발생표면을 사용하는 이러한 환경과 유사한 연소환경에서 용해된 슬러그와 고온의 고체연료가스를 수용하 는 종래기술은 싸이클론TM 연소보일러(더 뱁콕 앤드 윌콕스 컴파니)를 구비한다.The current solution for the vaporizer is to have a refractory enclosure to be uncooled and cooled. Uncooled enclosures (General Electric, Conoco, and others) will experience failures and frequent replacements. Typically, high efficiency as such a structure requires pre-carburet trains and gas turbines that burn oil or gas at high cost during the replacement time. Slow heating and cooling for the uncooled structure of the thick refractory extends downtime for repairing or replacing the refractory. Existing chiller vaporizer structures (Cell Oil Company, Future Energy, Inc.) use a separate water or steam generating circuit with a refractory coating to enclose and receive the vaporizer gas. Some of these systems are used with low pressure, forced circulation cooling water systems that dissipate heat out of the plant steam / water system, and with reduced efficiency. Conventional techniques for receiving molten slugs and hot solid fuel gases in combustion environments similar to those of these steam-using surfaces with integrated downstream cooling circuits are known as Cyclone TM Combustion Boilers (The Hancock and Wilcox Company). It is provided.

그러므로, 경제적이고, 조밀하며, 신뢰할 수 있으며 견고한 합성가스 냉각기의 개발이 상업적인 IGCC시스템의 미래를 결정한다.Therefore, the development of economical, compact, reliable and robust syngas coolers determines the future of commercial IGCC systems.

따라서, 본 발명의 한 양상은 가스화공정으로 생성될 합성가스에서 열을 제거하는 합성가스 냉각기에 관한 것이다. 이러한 합성가스 냉각기는 주입구와 배출구를 갖춘 동체와, 합성가스를 수용하도록 동체 내에 구비될 유체-냉각내부연도, 내부연도에서 합성가스를 수용하도록 동체 내에 구비될 유체-냉각외부연도, 합성가스를 냉각하도록 내부연도 내에 위치된 복사식 열전달표면 및, 외부연도에서 배출구까지 합성가스를 운반하는 운송수단으로 이루어진다.Accordingly, one aspect of the present invention relates to a syngas cooler that removes heat from syngas to be produced by a gasification process. Such a syngas cooler cools a fuselage having an inlet and an outlet, a fluid-cooled internal flue to be provided in the fuselage to receive the syngas, and a fluid-cooled external flue to be provided in the fuselage to accommodate the syngas at the internal flue Radiation heat transfer surfaces located within the internal flue and transport means for transporting syngas from the external flue to the outlet.

본 발명의 다른 양상은 추가로 합성가스를 냉각하기 위해 외부연도 내에 위치된 대류열표면의 조립체를 사용하는, 전술된 바와 같은 합성가스 냉각기에 관한 것이다.Another aspect of the present invention further relates to a syngas cooler as described above, which uses an assembly of convective heat surfaces located within the outer flue for cooling the syngas.

본 발명의 또 다른 양상은 동일한 동체 내에 복사 및 대류열표면 뿐만 아니라 일체형 기화기와 병합되어 사용되는 합성가스 냉각기에 관한 것이다.Another aspect of the invention relates to syngas coolers used in combination with integrated vaporizers as well as radiant and convective heat surfaces within the same fuselage.

본 발명의 새롭고 다양한 특징들은 명세서의 일부로 첨부된 청구범위에서 지적하고 있다. 본 발명의 이해를 돕기 위해서, 작동상의 장점과 사용상의 장점이 첨부도면을 참조로 하고 도해된 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 기술될 것이다.New and various features of the invention are pointed out in the appended claims as part of the specification. In order to aid the understanding of the present invention, operational and operational advantages will be described with reference to the accompanying drawings and through the preferred embodiments of the invention illustrated.

첨부도면을 참조로 하면, 유사한 참조번호가 여러 도면을 통해서 동일하거나 기능적으로 유사한 부재에 표기하다. 특히, 도 1은 본 발명의 제1실시예의 개략적인 측단면도로, 복사식 합성가스 냉각기(10)를 도해한 것이다. 통상적으로, 합성가스 냉각기(10)는 수직되게 길이방향의 축을 갖는 실린더형 용기로 되어 있다. 이 실시예에서, 냉각기(10)는 기화기(도시되지 않음)에서 냉각기(10)의 상부에 구비된 주입구(14)로 고온의 합성가스(12)를 공급받는다. 가스(12)는 냉각기(10) 내에 구비된 내부연도 또는 엔클로저 영역(16)으로 주입된다. 내부연도는 바람직하기로 실린더형상의 내부엔클로저벽(18)으로 형성되고 전형적인 유체-냉각튜브로 이루어진다. 튜브 내에 활동유체는 물, 증기 또는 이들의 혼합물로 되어 있다. 내부엔클로저벽(18)을 형성하는 유체-냉각튜브에 덧붙여서, 내부연도(16)는 냉각기(10) 내부에 매달려 있는 다수의 유체-냉각용 날개벽표면(20)을 또한 구비하는바, 날개벽(20)의 주요 부분은 유입하는 합성가스에 노출되어서 날개벽(20)을 통해 운송될 활동유체(물, 증기, 또는 이들의 혼합물)를 가열한다. 일반적으로, 날개벽(20)은 서로 인접하게 구비된 평편한 튜브 뱅크(bank)로 구성되고, 날개벽(20)을 통해 운송될 활동유체를 분배 또는 집결하는 주입 및 배출 다기관 또는 헤더부(22)를 구비한다. 구비될 날개벽(20)의 갯수와 배열은 열전달 및 다른 필요조건으로 결정된다. 그러므로, 도 2는 냉각기(10)의 길이방향의 수직축 둘레로 배열된 6개의 날개벽(20)의 배열상태를 보여주는바, 날개벽(20)의 갯수가 많고 적음은 특정한 열전달 과 냉각조건에 맞춰 구비된다. 고온의 합성가스(12)가 내부연도(16)를 통해 아래로 흐르면서, 내부엔클로저벽(18)과 날개벽(20)으로 냉각되고, 내부연도(16)의 바닥영역(24)에서 합성가스(12)는 내부엔클로저벽(18)에 구비된 하나 이상의 개방부(26)를 관통하여 실제로 180°진행방향을 변경하여 윗방향으로 이동한 다음에 내부엔클로저벽(18)과 유사한 구조로 된 외부엔클로저벽(30)으로 형성된 외부연도 또는 엔클로저영역(28) 내부로 이동한다. 따라서, 외부연도(28)는 실제로 고리형상으로 되어 있다. 다기관 또는 헤더부(32)는 필요에 따라서 개방부(26)의 형성을 용이하게 하도록 구비된다. 그런 다음에, 합성가스(12)는 외부연도(28)를 통해 윗방향으로 운송되고 하나 이상의 개방부(34)를 통해서 합성가스 배출구(36)를 수단으로 냉각기(10) 외부로 배출된다.Referring to the accompanying drawings, like reference numerals refer to like or functionally similar parts throughout the several views. In particular, FIG. 1 is a schematic side cross-sectional view of a first embodiment of the present invention, illustrating a radiant syngas cooler 10. Typically, the syngas cooler 10 is a cylindrical vessel having a longitudinal axis vertically. In this embodiment, the cooler 10 is supplied with hot syngas 12 from a vaporizer (not shown) to an inlet 14 provided on top of the cooler 10. Gas 12 is injected into the internal flue or enclosure region 16 provided in the cooler 10. The internal flue is preferably formed of a cylindrical inner enclosure wall 18 and consists of a typical fluid-cooling tube. The active fluid in the tube consists of water, steam or mixtures thereof. In addition to the fluid-cooling tube forming the inner enclosure wall 18, the inner flue 16 also includes a plurality of fluid-cooled wing wall surfaces 20 suspended inside the cooler 10, including a wing wall 20. The main part of the c) is exposed to the incoming syngas to heat the active fluid (water, steam, or mixtures thereof) to be transported through the wing wall 20. In general, the wing wall 20 is composed of flat tube banks provided adjacent to each other and includes an injection and discharge manifold or header portion 22 for dispensing or concentrating active fluid to be transported through the wing wall 20. Equipped. The number and arrangement of wing walls 20 to be provided is determined by heat transfer and other requirements. Therefore, FIG. 2 shows an arrangement of six wing walls 20 arranged around the vertical axis in the longitudinal direction of the cooler 10. The number of wing walls 20 is large and small is provided according to specific heat transfer and cooling conditions. . As the hot syngas 12 flows down through the internal flue 16, it cools down into the inner enclosure wall 18 and the wing wall 20, and the syngas 12 in the bottom region 24 of the internal flue 16. ) Moves through the one or more openings 26 provided in the inner enclosure wall 18 and actually moves upwards by changing the 180 ° advancing direction, and then the outer enclosure wall having a structure similar to the inner enclosure wall 18. It moves to the outer flue or enclosure region 28 formed by the 30. Thus, the outer flue 28 is actually annular. Manifold or header portion 32 is provided to facilitate the formation of opening 26 as needed. Syngas 12 is then conveyed upwards through external flue 28 and discharged out of cooler 10 by means of syngas outlet 36 through one or more openings 34.

내부엔클로저벽(18)과 외부엔클로저벽(30) 사이의 거리 뿐만 아니라 외부엔클로저벽(30)과 냉각기(10)를 형성하는 동체(38) 사이의 거리는 냉각기(10)가 고장날 때에 접근과 검사할 수 있는 충분한 크기로 될 것이다. 개별적으로, 내부 및 외부연도(16,28)를 형성하는 엔클로저벽(18,30)은 별도의 해체, 제거 및 검사를 제공하기 위해서 독립적인 유체서킷으로 구비되는 것이 바람직하다. 모든 물/증기발생표면들은 순환펌프를 갖춘 강제순화시스템의 필요성을 배제하기 위해, 자연순환방식으로 배열될 것이다. 내부연도(16)를 통해 아래방향으로 흐르는 고온의 합성가스(12)에 포함된 고체는 바닥영역(24)에서 합성가스(12)로부터 떨어지게 될 것이며, 합성가스(12)는 외부연도(28)로 약 180°정도로 윗방향을 향해 진행방향을 변경한다. 고체는 냉각기(10)의 하부에 구비된 수조(38)로 낙하되어, 고체는 고체배 출구(40)를 매개로 냉각 및 제거될 수 있다. 검댕이 송풍기(42)는 바닥영역(24)에 구비될 개방부(26)에 구비되어, 축적된 고체를 플러그화되지 않도록 할 필요가 있으면 합성가스(12)는 외부연도(30)에서 180°방향전환되게 한다.The distance between the inner enclosure wall 18 and the outer enclosure wall 30 as well as the distance between the outer enclosure wall 30 and the fuselage 38 forming the cooler 10 can be approached and inspected when the cooler 10 fails. It will be big enough. Individually, the enclosure walls 18, 30 forming the inner and outer flues 16, 28 are preferably provided with independent fluid circuits to provide separate dismantling, removal and inspection. All water / steam generation surfaces will be arranged in a natural circulation scheme to eliminate the need for forced circulating systems with circulation pumps. Solids contained in the high temperature syngas 12 flowing downward through the inner flue 16 will be separated from the syngas 12 in the bottom region 24, and the syngas 12 will be the outer flue 28. Change the direction of travel upwards by about 180 °. The solid may be dropped into the water tank 38 provided at the bottom of the cooler 10 so that the solid may be cooled and removed through the solid discharge outlet 40. The soot blower 42 is provided in the opening portion 26 to be provided in the bottom region 24, so that if it is necessary to prevent the accumulated solids from being plugged, the syngas 12 moves 180 ° from the external flue 30. To be converted.

내부연도(16) 내에 위치된 날개벽(20)을 갖춘 내부 및 외부연도(16,28)의 조합은 개별적인 구조보다도 실제로 냉각기(10)의 전체 높이를 낮춘다. 해체 및 제거용 공간을 갖는 독립적인 내부 및 외부연도(16,28)를 구비하여서, 날개벽 헤더부(22)를 수용하고 내부연도(16) 내에서 연결(도시되지 않음)이 새로운 내부연도(16), 특히 내부연도(16)의 바닥에서 필요하다.The combination of inner and outer flues 16, 28 with wing walls 20 located within the inner flue 16 actually lowers the overall height of the cooler 10 rather than the individual structure. With independent inner and outer flues 16,28 with spaces for dismantling and removal, the inner wall 16 accepts wing wall header portions 22 and connects within inner flue 16 (not shown). ), Especially at the bottom of the internal flue 16.

냉각기(10)에 공급될 합성가스(12)에 열량에 따라서, 추가적인 열표면이 필요하고 이를 달성하기 위해서 본 발명의 제2실시예가 도 3으로 도해된다. 당해분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있듯이, 제2실시예는 도 1의 제1실시예에 다수의 구조적 특성을 공유하고 있으며, 특히 도시된 바와 같이 외부연도(28) 내에 배열된 대류열표면(50)의 조립체를 구비한다. 이 대류열표면(50)은 물 또는 증기로 냉각될 수 있고, 하나 이상의 튜브 뱅크로 배열되어 합성가스(12)가 튜브의 외부로 흐르게 한다. 대류열표면(50)의 뱅크는 냉각기(10)의 주변 둘레에서 외부연도(28) 내부에 구비된다. 이 실시예의 한 특징으로, 대류열표면(50)이 내부 및 외부엔클로저벽(18,30)으로 이루어진 증기발생표면에서 사용되었듯이 동일한 유체회로(일체형 냉각)를 사용하여서, 별도의 냉각시스템의 필요성을 배제한다. 선택가능하기로, 별도의 유체서킷은 대류열표면(50)용으로 사용된다. 대류열면(50)으로 흐른 후에, 합성가스(12)는 개방부(34)를 매개로 외부연도(28)를 빠져나가고 가스배출구(36)를 통해 냉각기를 빠져나간다. 검댕이 송풍기(52)는 플러그화되는 것을 방지하기 위해 대류열표면(50)의 세척을 위해 구비될 수 있다.Depending on the amount of heat in the syngas 12 to be supplied to the cooler 10, an additional heat surface is required and a second embodiment of the invention is illustrated in FIG. 3 to achieve this. As is well known to those skilled in the art, the second embodiment shares a number of structural features in the first embodiment of FIG. 1, and in particular the convective heat surfaces arranged in the outer flue 28 as shown. 50). This convective heat surface 50 may be cooled with water or steam and arranged in one or more tube banks to allow syngas 12 to flow out of the tube. A bank of convective heat surface 50 is provided inside the outer flue 28 around the periphery of the cooler 10. In one aspect of this embodiment, the need for a separate cooling system, using the same fluidic circuit (integrated cooling) as the convective heat surface 50 is used on the steam generating surface consisting of internal and external enclosure walls 18 and 30 To exclude. Optionally, a separate fluid circuit is used for the convective heat surface 50. After flowing to the convective heating surface 50, the syngas 12 exits the external flue 28 via the opening 34 and exits the cooler through the gas outlet 36. Soot blower 52 may be provided for cleaning convective heat surface 50 to prevent plugging.

대류열표면(50)은 복사식 냉각기(10)에서 탈거될 대류식 냉각기 구성부재 뿐만 아니라 방향전환용 부수연결연도, 동일한 압력용기, 전술된 경우에서 일체식 냉각, 별도의 냉각시스템에 대한 필요성을 배제한다. 복사식 냉각부(내부연도(16))에서 외부연도(28) 내에 위치된 대류열표면(50) 위로 윗방향으로 흐르는 합성가스(12)는 외부연도(28)에 주입구에서 가스난류를 최소화하기 위해 실제로 수직선상으로 이동하다. 이는 제어할 수 없는 에쉬플러그의 잠재력을 최소화하고, 대류열표면(50)에 인접하게 검댕이 송풍기(52)를 구비하여 세척하도록 한다. 이러한 구조는 연소튜브 냉각기구조의 주입 튜브시트에 튜브에 일관성 없는 주입으로 야기될 부수적인 제어할 수 없는 플러그화문제와 난류에 비교하여 특정한 장점을 갖는다.The convective heat surface 50 is not only a convective cooler component to be removed from the radiative cooler 10 but also a need for diverting connection years, the same pressure vessel, integral cooling in the case described above, and a separate cooling system. Exclude. The syngas 12 flowing upwards over the convective heat surface 50 located in the outer flue 28 in the radiative cooling section (inner flue 16) minimizes gas turbulence at the inlet to the outer flue 28. To actually move vertically. This minimizes the potential of uncontrollable ash plugs and allows for cleaning with a soot blower 52 adjacent the convective heat surface 50. This structure has particular advantages over turbulent flow and incidental uncontrollable plugging problems that will result from inconsistent injection into the tube into the injection tubesheet of the combustion tube cooler structure.

가스화시스템에 사용될 단순화된 구조와 설비는 도 4로 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예를 수단으로 성취될 수 있다. 도시되었듯이, 이러한 조립체는 엔클로저벽(18)으로 이루어진 튜브로 뻗어 있고, 냉각기(10)의 상부영역에서 유체-냉각용 기화기 엔클로저영역(60)을 형성하도록 윗방향으로 내부연도(16)를 형성한다. 그러므로, 일체형 기화기(60)는 합성가스(12)를 내부연도(16)로 공급하도록 냉각기(10) 내에 위치된다. 기화기 엔클로저영역(60)의 엔클로저벽(62)을 형성하는 튜브는 용융된 슬러그로부터 튜브의 표면을 보호하고 기화반응에서 발생할 수 있는 적당한 온도에서 기화기 엔클로저영역(60)을 유지하도록 내화코팅부(64)를 갖는다.The simplified structure and equipment to be used for the gasification system can be achieved by means of the third embodiment of the present invention as shown in FIG. As shown, this assembly extends into a tube of enclosure walls 18 and forms an internal flue 16 upwards to form a fluid-cooling vaporizer enclosure region 60 in the upper region of the cooler 10. do. Therefore, the integrated vaporizer 60 is located in the cooler 10 to supply syngas 12 to the internal flue 16. The tube forming the enclosure wall 62 of the vaporizer enclosure region 60 protects the surface of the tube from molten slug and maintains the vaporizer enclosure region 60 at an appropriate temperature that may occur in the vaporization reaction. Has

본 발명에 따른 기화기 엔클로저 영역(60)은 비냉각된 내화기화기 뿐만 아니 라 종래기술에 따른 냉각된 기화기를 결합하여 문제점을 극복한다. 본 발명은 동일한 유체-냉각용 회로에 기화기 엔클로저영역(60)용 냉각회로에 일체화된 종래의 냉각된 기화기구조를 향상시킨 것으로, 별도의 냉각시스템의 필요성을 배제한다. 이러한 구조는 기화기 엔클로저영역(60)에서 제거된 열을 회복하고 기화발전소의 증기 및 물시스템으로 전달하여, 유니트의 사용수명을 연장하고 연료비용의 절감효과를 제공하여 효율을 향상시킨다.The vaporizer enclosure region 60 according to the invention overcomes the problem by combining not only uncooled refractory vaporizers but also cooled vaporizers according to the prior art. The present invention improves on the conventional cooled vaporizer structure integrated in the same fluid-cooling circuit as the cooling circuit for the vaporizer enclosure region 60, eliminating the need for a separate cooling system. This structure recovers the heat removed in the vaporizer enclosure area 60 and transfers it to the vapor and water systems of the vaporization power plant, thereby extending the service life of the unit and providing fuel savings and improving efficiency.

본 발명의 특정한 실시예가 본 발명의 원리의 적용을 상세히 도해하고 기술하면서, 당해분야의 숙련자들인 이러한 원리에서 벗어나지 않고서 다음의 청구범위 안에서 변형될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 본 발명의 임의의 특징은 다른 특징에 사응하게 사용되지 않는 장점으로 사용된다. 따라서, 모든 변형예와 실시예들은 아래의 청구범위의 범주 내에서 이루어진다.While particular embodiments of the present invention illustrate and describe the application of the principles of the present invention in detail, they may be modified within the scope of the following claims without departing from these principles of ordinary skill in the art. In some embodiments of the invention, any feature of the invention is used with the advantage of not being used in correspondence with other features. Accordingly, all modifications and embodiments are intended to be within the scope of the following claims.

3개 실시예에 대한 설명은 종래기술에 대해 기술적 장점을 기술하였다. 상업적 전망에서, 날개벽구조를 갖는 조합된 내부 및 외부연도는 복사식 합성가스 냉각기의 전반적인 높이를 줄여서 비용을 줄인다. 이러한 비용절감은 외부용기의 감소된 비용뿐만 아니라 운송비용, 연료전달비용, 철재비용, 현장에 구성부재의 축조비용으로 성취될 수 있다. 분리가능한 내부 및 외부연도를 제공함으로써 유지비용을 최소화한다. 이는 부식환경에 노출되고 종래의 미분탄발전소에 사용될 연소가스 냉각기 보다 유지하기 위해 더 많은 시간을 필요로 하는 기화공정냉각기에 중요하게 작용한다.The description of the three embodiments described the technical advantages over the prior art. From a commercial perspective, the combined internal and external flue with wing wall structure reduces costs by reducing the overall height of the radiant syngas cooler. Such cost savings can be achieved not only with the reduced cost of the outer container, but also with the cost of transportation, fuel delivery, steel, and construction of components on site. Minimize maintenance costs by providing separable internal and external years. This is important for vaporization process coolers that are exposed to corrosive environments and require more time to maintain than flue gas coolers used in conventional pulverized coal plants.

복사냉각엔클로저 내에 일체로 된 대류열표면의 결합이 별도의 구성부재에 대한 비용을 배제토록 한다. 비용절감은 감축된 가스연도와, 증기관 및 수관 비용, 철구조비용 및, 건설비용에서 절감되어 별도의 압력용기를 절약할 수 있기 때문에 실질적으로 이루어진다. 감소되거나 제거될 대류식 냉각기의 플러그화 때문에, 고체연료에 높은 효율성으로부터의 절약이 유니트의 사용수명을 연장하여 대류식 냉각기의 전반적인 총비용 보다 크게 할 수 있다.The combination of convective heat surfaces integrated into the radiative cooling enclosure eliminates the cost of separate components. The cost savings are substantial because the reduced gas flue, steam and water pipe costs, steel construction costs, and construction costs can be saved to save a separate pressure vessel. Because of the plugging of convective coolers to be reduced or eliminated, the savings from high efficiency in solid fuel can extend the service life of the unit, making it larger than the overall total cost of the convective cooler.

일체형 냉각기화기의 병합이 별도의 압력용기와 냉각회로의 필요성을 배제하여 별도의 냉각기화기로 비용절감을 제공한다. 비냉각된 기화기와 비교하여 고비용이 들고, 고체연료를 사용하는 고효율성이 이루어져 비용의 차를 실제로 크게 넘는다.Incorporation of an integrated chiller eliminates the need for a separate pressure vessel and cooling circuit, providing cost savings with a separate chiller. Compared to uncooled carburettors, it is more expensive and has high efficiency using solid fuel, which actually exceeds the difference in cost.

예비구성부재트레인을 제거하는 3개 구조물의 조합으로 이루어지는 비용절감은 중요하다. 이러한 절감비용은 구조물에 연합된 건설비용과 구성부재를 둘러싸는 철강구조물 및 모든 지지설비를 포함하는 별도의 구성부재를 넘어 확장된다. 그러므로, 본 발명으로 구비될 중요한 기본적인 향상은 조밀화, 저비용, 신뢰성 및 유지관리할 수 있게 하나로 일체된 구성부재 내에 개별적인 구성부재를 견고히 한다.The cost savings of a combination of three structures that eliminate the pre-component train are important. These savings extend beyond the construction costs associated with the structure and the separate components, including the steel structures and all supporting equipment surrounding the components. Therefore, an important basic improvement to be provided with the present invention is to solidify the individual component members in one integrated component to be compact, low cost, reliable and maintainable.

Claims (18)

주입구와 배출구를 갖춘 동체와;A fuselage having an inlet and an outlet; 합성가스를 수용하도록 상기 동체 내에 구비된 유체-냉각 내부연도;A fluid-cooled internal flue provided in said body to receive syngas; 상기 내부연도로부터 합성가스를 수용하도록 상기 동체 내에 구비된 유체-냉각 외부연도;A fluid-cooled external flue provided in the fuselage to receive syngas from the internal flue; 합성가스를 냉각하도록 상기 내부연도 내에 위치된 복사열전달표면 및;A radiant heat transfer surface located within said internal flue to cool syngas; 상기 외부연도에서 배출구로 합성가스를 운반하는 운송수단;으로 이루어진 가스화공정으로 생성된 합성가스로부터 열을 뽑아 내는 합성가스 냉각기.A syngas cooler for extracting heat from the syngas produced by the gasification process consisting of a transport means for transporting the syngas to the outlet in the external flue. 제1항에 있어서, 합성가스에 포함된 고체를 수용하고 냉각하는 상기 합성가스 냉각기의 하부에 구비된 수조와, 상기 합성가스 냉각기에서 고체를 제거하는 고체배출구를 포함하여 이루어진 합성가스 냉각기.The syngas cooler of claim 1, further comprising a water tank provided in a lower portion of the syngas cooler for receiving and cooling solids included in the syngas, and a solid outlet for removing solids from the syngas cooler. 제1항에 있어서, 상기 유체-냉각 내부연도는 유체-냉각 튜브로 만들어진 엔클로저벽으로 구성된 합성가스 냉각기.The syngas cooler of claim 1, wherein the fluid-cooled internal flue comprises an enclosure wall made of a fluid-cooled tube. 제1항에 있어서, 상기 유체-냉각 외부연도는 유체-냉각 튜브로 만들어진 엔클로저벽으로 구성된 합성가스 냉각기.The syngas cooler of claim 1, wherein the fluid-cooled external flue comprises an enclosure wall made of a fluid-cooled tube. 제1항에 있어서, 복사열전달표면은 상기 합성가스 냉각기 내부에 일체로 매달려져 있는 유체-냉각용 날개벽으로 구성되며, 상기 날개벽면의 중요 부분이 유입되는 합성가스에 노출되어 있는 합성가스 냉각기.The syngas cooler according to claim 1, wherein the radiant heat transfer surface is composed of a fluid-cooling wing wall which is integrally suspended inside the syngas cooler, and is exposed to the syngas into which an important part of the wing wall surface is introduced. 제5항에 있어서, 상기 날개벽표면은 서로 인접하게 구비될 다수의 튜브 뱅크로 이루어진 합성가스 냉각기.6. The syngas cooler according to claim 5, wherein the wing wall surface comprises a plurality of tube banks to be adjacent to each other. 제1항에 있어서, 상기 합성가스가 상기 합성가스 냉각기의 바닥영역에서 180°방향전환하여 합성가스는 상기 내부연도에서 상기 외부연도로 운반되는 합성가스 냉각기.The syngas cooler of claim 1, wherein the syngas is turned 180 ° in a bottom region of the syngas cooler such that syngas is transported from the internal flue to the external flue. 제7항에 있어서, 상기 합성가스는 상기 내부연도를 형성하는 엔클로저벽에 하나 이상의 개방부를 통해 운반되는 합성가스 냉각기.8. The syngas cooler of claim 7, wherein the syngas is carried through one or more openings in an enclosure wall forming the internal flue. 제8항에 있어서, 상기 내부연도를 형성하는 엔클로저벽에 하나 이상의 개방부에 인접하게 검댕이 송풍수단을 구비하는 합성가스 냉각기.The syngas cooler according to claim 8, comprising soot blowing means adjacent to one or more openings in the enclosure wall forming the internal flue. 제4항에 있어서, 상기 외부연도에서 배출구로 합성가스를 운반하는 운송수단은 상기 외부연도를 형성하는 엔클로저벽에 하나 이상의 개방부를 구비하는 합성가스 냉각기.5. The syngas cooler of claim 4, wherein the vehicle for transporting syngas from the external flue to the outlet has one or more openings in the enclosure wall forming the external flue. 제1항에 있어서, 상기 외부연도는 실질적으로 상기 내부연도를 에워싸고 있는 합성가스 냉각기.The syngas cooler of claim 1, wherein the external flue substantially surrounds the internal flue. 제1항에 있어서, 상기 합성가스를 냉각하는 상기 외부연도 내에 위치된 대류열표면을 구비하는 합성가스 냉각기.2. The syngas cooler of claim 1 having a convective heat surface located within said external flue cooling said syngas. 제12항에 있어서, 상기 대류열표면은 하나 이상의 튜브 뱅크를 배열하여 합 성가스가 튜브의 외부로 흐르게 하는 합성가스 냉각기.13. The syngas cooler of claim 12, wherein the convective heat surface arranges one or more tube banks to allow syngas to flow out of the tube. 제12항에 있어서, 상기 대류열표면에 인접하게 검댕이 송풍수단을 구비하여 대류열표면을 세척하는 합성가스 냉각기.13. The syngas cooler according to claim 12, comprising soot blowing means adjacent to the convective heat surface to wash the convective heat surface. 제1항에 있어서, 상기 합성가스를 생산하도록 상기 동체 내에 유체-냉각용 일체형 기화기를 구비하고, 상기 일체형 기화기는 상기 내부연도에 합성가스를 공급하는 합성가스 냉각기.The syngas cooler of claim 1, further comprising an integrated vaporizer for fluid-cooling in the fuselage to produce the syngas, wherein the integral vaporizer supplies syngas to the internal flue. 제15항에 있어서, 상기 일체형 기화기는 상기 합성가스 냉각기의 상부영역에 위치되고 유체-냉각용 튜브로 된 엔클로저벽으로 이루어진 합성가스 냉각기.16. The syngas cooler of claim 15, wherein the unitary vaporizer is located in an upper region of the syngas cooler and consists of an enclosure wall of fluid-cooling tubes. 제16항에 있어서, 상기 유체-냉각 내부연도는 유체-냉각용 튜브로 된 엔클로저벽으로 이루어지고, 상기 내부연도를 형성하는 상기 유체-냉각용 튜브는 상기 일체형 기화기의 엔클로저벽을 형성하도록 윗방향으로 뻗어 있는 합성가스 냉각기.17. The fluid-cooling inner flue of claim 16, wherein the fluid-cooling inner flue consists of an enclosure wall of fluid-cooling tubes, and wherein the fluid-cooling tube that forms the inner flue is directed upward to form the enclosure wall of the unitary vaporizer. Syngas cooler. 제16항에 있어서, 상기 일체형 기화기를 형성하는 엔클로저벽의 유체-냉각용 튜브는 내화물로 코팅되어 있는 합성가스 냉각기.17. The syngas cooler of claim 16, wherein the fluid-cooling tube of the enclosure wall forming the unitary vaporizer is coated with a refractory material.
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