KR20110001962A - 가스화 시스템 유동 댐핑 - Google Patents

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Abstract

일 실시형태에서, 급랭 유닛(14) 또는 스크러버(19)와 같은 가스화 시스템 구성요소는 다른 냉각 유체(47)를 냉각하기 위한 냉각 유체(52)의 풀(pool)을 보유할 수 있다. 가스화 시스템 구성요소는 가스화 시스템 구성요소 내의 냉각 유체(52), 다른 유체(47), 또는 냉각 유체(52)와 다른 유체(47) 둘 모두의 유동을 댐핑하도록 설계된 유동 댐핑 기구(70, 88, 98, 100, 102, 104, 106, 112, 118, 120, 130)를 포함한다. 유동 댐핑 기구는 딥 튜브(54)와 드래프트 튜브(56) 사이에 형성된 내측 챔버(58) 안에 배치될 수 있거나, 또는 가스화 시스템 구성요소의 벽과 드래프트 튜브(56) 사이에 형성된 외측 챔버(60) 안에 배치될 수 있다. 유동 댐핑 기구는 또한 내측 챔버(58)와 외측 챔버(60) 사이에 배치될 수 있다.

Description

가스화 시스템 유동 댐핑{GASIFICATION SYSTEM FLOW DAMPING}
본 출원은 본 출원인에게 양도되고 동일자로 출원된 대리인 문서 번호 제 239050-1 호(발명의 명칭:가스화기용 냉각 챔버 조립체) 및 대리인 문서 번호 제 235585-1 호(발명의 명칭:가스화기용 급랭 챔버 조립체)의 함께 계류중인 미국 특허 출원과 관련되며, 이것에 의해 이들 문헌 각각은 모든 목적을 위해 참고로 전체로서 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 개시된 주제는 가스화 시스템 구성요소에 관한 것으로서, 더 구체적으로 급랭 유닛 및 스크러버(scrubber)와 같은 가스화 시스템 구성요소 내의 유동 댐핑 기구에 관한 것이다.
석유와 같은 화석 연료는 전기, 화학 제품, 합성 연료의 생산에서 사용하기 위해 또는 다양한 다른 적용을 위해 가스화될 수 있다. 가스화는 매우 높은 온도에서 탄소 함유 연료와 산소를 반응시켜, 원래 상태의 연료보다 더 효과적으로 연소되고 더 깨끗한 이산화탄소 및 수소를 함유하는 연료인 합성 가스를 생산하는 것을 포함한다.
가스화시, 결과로서 생기는 합성 가스는 애시(ash)와 같은 덜 바람직한 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 합성 가스는 합성 가스를 포화 온도까지 냉각시켜 슬래그와 같은 덜 바람직한 성분을 제거하기 위해 급랭 유닛을 통과하도록 보내질 수 있다. 그러나, 급랭 유닛의 효율을 감소시킬 수 있는 유동 변동이 급랭 유닛 안에 존재할 수 있다. 급랭 유닛으로부터, 합성 가스는 스크러버를 통과하도록 보내질 수 있고, 이것은 합성 가스로부터 물 및/또는 잔존 미립자를 제거할 수 있다. 그러나, 스크러버의 효율을 감소시킬 수 있는 유동 변동이 스크러버 안에 존재할 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결한 가스화 시스템 구성요소를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 실시형태에서, 가스화 시스템 구성요소는 냉각 유체의 풀(pool)을 보유하도록 구성된 용기와; 용기 안에 배치되어 다른 유체를 풀을 향해 지향시키는 딥 튜브(dip tube)와; 딥 튜브를 둘러싸는 드래프트 튜브로서, 딥 튜브와 드래프트 튜브 사이에 내측 챔버를 형성하고 드래프트 튜브와 용기 벽 사이에 외측 챔버를 형성하는, 상기 드래프트 튜브와; 내측 챔버 내부, 외측 챔버 내부, 또는 내측 챔버와 외측 챔버 사이 중 하나 이상에 배치되고 급랭 유닛 내의 냉각 유체, 다른 유체, 또는 냉각 유체와 다른 유체 둘 모두의 유동을 댐핑하도록 구성된 하나 이상의 유동 댐핑 기구를 포함한다.
다른 실시형태에서, 가스화 시스템 구성요소는 냉각 유체의 풀을 하부에 보유하도록 구성된 용기와; 용기 안에 환형으로 배치되고, 용기 내의 다른 유체를 풀을 향해 지향시키도록 구성된 딥 튜브와; 용기 안에 환형으로 배치된 드래프트 튜브로서, 드래프트 튜브와 용기 벽 사이에 외측 챔버를 형성하고 용기 내의 다른 유체를 풀로부터 멀리 지향시키도록 구성된, 상기 드래프트 튜브와; 외측 챔버 안에 배치되어 외측 챔버를 통한 유동 면적을 적어도 대략 50%만큼 감소시키는 유동 댐핑 기구를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 가스화 시스템 구성요소는 냉각 유체의 풀을 보유하도록 구성된 용기와; 용기 내에 배치된 딥 튜브로서, 다른 유체를 풀을 향해 지향시키고 딥 튜브와 용기의 벽 사이에 환형 챔버를 형성하는, 상기 딥 튜브와; 환형 챔버 안에 배치되고 가스화 시스템 구성요소 내의 냉각 유체, 다른 유체, 또는 냉각 유체와 다른 유체 둘 모두의 유동을 댐핑하도록 구성된 하나 이상의 유동 댐핑 기구를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 실시형태 및 이점이 첨부 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 읽고 더 잘 이해될 것이며, 도면 전체에 걸쳐 유사한 부호는 유사한 부품을 나타낸다.
도 1은 급랭 유닛 및 스크러버를 사용할 수 있는 가스화 복합 발전 시스템의 실시형태의 블록 다이어그램,
도 2는 댐핑 플레이트를 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도,
도 3은 도 2의 댐핑 플레이트의 평면도,
도 4는 댐핑 플레이트를 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 다른 실시형태의 전방 단면도,
도 5는 도 4의 댐핑 플레이트의 평면도,
도 6은 댐핑 링을 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도,
도 7은 댐핑 바아를 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도,
도 8은 도 7의 가스화 시스템 구성요소의 평면도,
도 9는 도 8의 댐핑 바아 중 하나의 실시형태의 단면도,
도 10은 플로팅 블록을 사용하는 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도,
도 11은 열교환기를 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도,
도 12는 천공된 드래프트 튜브 연장부를 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도,
도 13은 환형 챔버 안에 댐핑 링을 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도,
도 14는 도 13의 가스화 시스템 구성요소의 일부의 평면도,
도 15는 천공된 딥 튜브를 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도,
도 16은 드래프트 튜브 없이 댐핑 플레이트를 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도,
도 17은 도 16의 댐핑 플레이트의 평면도,
도 18은 드래프트 튜브 없이 댐핑 링을 사용하는 도 1의 가스화 시스템 구성요소의 실시형태의 전방 단면도.
본 발명의 하나 이상의 구체적인 실시형태가 아래에 설명될 것이다. 이 실시형태의 간명한 설명을 제공하기 위한 노력으로, 실제 구현예의 모든 특징이 명세서에 설명되지 않을 수 있다. 그러한 실제 구현예의 개발에서, 설계 또는 디자인 프로젝트에서와 같이, 구현예에 특정한 수많은 결정이 시스템 관련 및 사업 관련 제약과 같은, 구현예마다 달라질 수 있는 개발자의 특정 목표를 달성하도록 행해져야 한다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 그러한 개발 노력은 복잡하고 많은 시간을 요하는 것이지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 이익을 갖는 당업자에게는 설계, 제작 및 제조의 착수가 상례적일 것이라는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 다양한 실시형태의 요소를 소개할 때, 단수 형태는 하나 이상의 그 요소가 존재한다는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 용어 "포함하는" 및 "갖는"은 포괄적인 것이고 기술된 요소 이외에 추가의 요소가 있을 수 있다는 것을 의미하는 것으로 의도된다.
본 발명은 급랭 유닛 및/또는 스크러버와 같은 가스화 시스템 구성요소 내에서의 유체 역학을 제어하기 위한 기술에 관한 것이다. 일반적으로, 급랭 유닛은 가스화 챔버로부터 합성 가스와 같은 고온의 유출물을 받아들일 수 있다. 고온의 유출물은 급랭 유닛 내의 냉각 유체의 풀을 통과하도록 보내져 더 차갑고 포화된(또는 일부 포화된) 합성 가스를 생산할 수 있다. 냉각시, 애시(ash)와 같은 성분은 급랭 유닛으로부터의 후속 제거를 위해 액체의 풀 안에서 고화될 수 있다. 급랭 유닛으로부터, 더 차가운 합성 가스는 스크러버로 보내질 수 있다. 일반적으로, 합성 가스는 스크러버 내의 냉각 유체의 풀을 통과하여 유동하여 합성 가스로부터 잔존 미립자 및/또는 혼입된 물을 제거할 수 있다. 작동 동안, 급랭 유닛 및/또는 스크러버는 냉각 풀 수위, 가스 유량 및/또는 압력 수준의 변동과 같은 유동 변동을 경험할 수 있으며, 이것은 이번에는 비효율적인 냉각 또는 급랭 유닛 및/또는 스크러버를 떠나는 합성 가스 내의 냉각 유체의 혼입을 야기할 수 있다.
따라서, 본 출원은 가스화 시스템 구성요소 내의 유동 변동을 최소화하도록 설계된 유동 댐핑 기구를 포함하는, 급랭 유닛 및/또는 스크러버와 같은 가스화 시스템 구성요소를 개시한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "댐핑(damping)"은 일반적으로 유동의 변동 또는 동요를 감소시키는 것 및/또는 유동 동요의 강도를 감소시키는 것을 말한다. 예를 들어, 유동 댐핑 기구는 유동 변동으로부터의 에너지를 소산시키도록 그리고/또는 급랭 유닛 내의 불균일 유동을 방향전환시키도록 설계될 수 있다. 소정 실시형태에서, 유동 댐핑 기구는 풀의 수위의 변동을 댐핑하도록 유체 냉각제의 풀 안에 배치될 수 있으며, 이것은 이번에는 압력의 변동 및/또는 가스 유량의 변동을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 풀을 통한 유동 면적을 제한하기 위해 댐핑 배플이 액체의 풀 안에 배치될 수 있다. 소정 실시형태에서, 댐핑 배플은 액체의 유로 면적을 적어도 대략 50%만큼 감소시키도록 설계될 수 있다. 압력 강하를 제어하기 위해 유동 댐핑 기구가 또한 가스 유로 안에 배치될 수 있으며, 이것은 이번에는 액체 풀 수위 및/또는 가스 유량의 변동을 감소시킬 수 있다.
도 1은 가스화 복합 발전(Integrated Gasification combined cycle)(IGCC) 발전 시스템(8)의 실시형태를 도시한다. 발전 시스템 안에서, 합성 가스와 같은 가스는 연소되어 "토핑(topping)" 또는 브레이튼(Brayton) 사이클 안에서 발전할 수 있다. "토핑" 사이클로부터의 배기 가스는 그 다음에 "바터밍(bottoming)" 또는 랜킨(Rankine) 사이클 안에서 증기를 발생시키기 위해 사용될 수 있다.
합성 가스를 생산하기 위해, 코크스 및 갈탄과 같은 탄소 함유 연료가 공급 재료 준비 및 이송 시스템(9)을 거쳐 시스템(8)에 도입될 수 있다. 공급 시스템(9)은 연료 슬러리(10)를 가스화기(11)에 제공하고, 그곳에서 연료는 산소(O2) 및 증기(H2O)와 혼합된다. 산소는 공기 분리기(12)로부터 제공될 수 있다. 연료 슬러리 내의 휘발성 성분을 연소시켜 합성 가스(13)와 같은 고온의 유출물을 생산하기 위해 가스화기(11)는 반응물을 대략 700℃를 초과하여 가열한다. 산소, 증기 및 탄소(C) 사이의 화학 반응으로 인해, 합성 가스(13)는 수소(H2), 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2) 뿐만 아니라, 탄소 함유 연료 안에 존재하는 애시(ash), 황, 질소 및 염화물과 같은 덜 바람직한 다른 성분을 포함할 수 있다.
가스화기(11)로부터, 합성 가스(13)는 급랭 유닛(14)에 들어갈 수 있다. 소정 실시형태에서, 급랭 유닛(14)은 가스화기(11)와 일체일 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 급랭 유닛(14)은 별개의 유닛일 수 있다. 급랭 유닛(14)은 물과 같은 냉각 유체의 증발을 통해 합성 가스(13)를 포화 온도 또는 그 근방까지 냉각시킬 수 있다. 냉각 공정 동안, 애시와 같은 덜 바람직한 성분이 고화되고 슬래그(16)로서 급랭 유닛(14)으로부터 제거될 수 있다. 합성 가스(13)가 급랭 유닛(14)을 통과할 때, 합성 가스(13)는 냉각되어 급랭 유닛(14)을 떠나 가스 냉각 및 처리 시스템(18)에 들어갈 수 있는 냉각된 합성 가스(17)를 생산할 수 있다.
가스 냉각 및 처리 시스템(18)은 스크러버(19) 및 산성 가스 제거 시스템(20)뿐만 아니라 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 가스 냉각 및 처리 시스템(18) 안에서, 급랭 유닛(14)으로부터의 합성 가스(17)는 스크러버(19)에 들어갈 수 있고, 스크러버(19)에서 합성 가스(17)는 추가로 냉각되어 혼입된 물 및/또는 잔존 미립자를 제거할 수 있다. 스크러빙된 합성 가스(21)는 스크러버(19)를 떠나 산성 가스 제거 시스템(20)에 들어갈 수 있고, 산성 가스 제거 시스템(20)에서 이산화탄소 및 황화수소와 같은 산성 가스가 제거된다. 가스 냉각 및 처리 시스템(18) 안에서, 정화를 위해 황 성분(22)이 제거되어 황 생산 시스템(23)으로 보내질 수 있다. 물이 또한 증기(24) 및 액체(25)로서 제거될 수 있다. 증기(24)는 가스화기(11)로 재순환되고 그리고/또는 열 회수 증기 발생기(heat recovery steam generator)(HRSG) 시스템(26)으로 보내질 수 있다. 액체 물(25)은 물 처리 시스템(27)으로 보내질 수 있다.
가스 냉각 및 처리 시스템(18)은 산성이 완화된 합성 가스(28)를 생산할 수 있고, 합성 가스(28)는 합성 가스(28)가 연소되어 "토핑" 사이클 안에서 발전하는 연소기(29)로 보내질 수 있다. 공기(30)가 압축기(31)로부터 연소기(29)로 제공되어 연소를 위한 공연비로 합성 가스(28)와 혼합될 수 있다. 또한, 연소기(29)는 연소 반응을 냉각하기 위해 희석 질소 압축기(33)를 거쳐 공기 분리기(12)로부터 질소(32)를 받아들일 수 있다.
연소기(29)로부터의 배기(34)는 터빈(35)을 통과하여 유동할 수 있고, 이것은 압축기(31) 및/또는 발전기(36)를 구동하고 배기(37)를 생산할 수 있다. 배기(37)는 그 다음에 HRSG 시스템(26)으로 보내질 수 있고, HRSG 시스템(26)은 배기(37)로부터, 그리고 가스 냉각 및 처리 시스템(18)으로부터 공급된 증기(24)로부터 열을 회수할 수 있다. 회수된 열은 증기 터빈(38)을 구동하여 "바터밍" 사이클 안에서 발전하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 증기 터빈(38)은 발전기(39)를 구동하여 전기를 발생시킬 수 있다. 증기 터빈(38)으로부터의 증기(40)는 그 다음에 응축기(41)로 보내질 수 있고, 응축기(41)에서 증기는 냉각 타워(43)로부터의 냉각 유체(42)에 의해 냉각될 수 있다. 응축기(41)로부터의 응축된 증기(44)는 그 다음에 HRSG 시스템(26)으로 순환될 수 있다.
이해할 수 있는 바와 같이, 발전 시스템(8)은 예로서만 제공된 것이고 제한하려고 하는 의도가 아니다. 본 명세서에 기재된 유동 댐핑 기구가 유동 변동을 댐핑하기 위해 급랭 유닛(14) 및/또는 스크러버(19) 안에 사용될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 유동 댐핑 기구는 임의의 유형의 가스화 급랭 유닛 및/또는 스크러버 안에 사용될 수 있다. 예를 들어, 유동 댐핑 기구는 HRSG 시스템 없는 가스 터빈에 합성 가스를 제공하도록 설계된 급랭 유닛 또는 스크러버 안에 사용될 수 있다. 다른 예에서, 유동 댐핑 기구는 별개의 가스화 시스템의 일부인 급랭 유닛 또는 스크러버 안에 사용될 수 있다.
도 2 내지 도 18은 가스화 시스템 구성요소(46)의 실시형태를 도시한다. 가스화 시스템 구성요소(46)는 도 1에 도시된 급랭 유닛(14) 또는 스크러버(19)뿐만 아니라, 다른 유형의 가스화 급랭 유닛 및/또는 스크러버를 나타낼 수 있다. 또한, 비록 도 2 내지 도 17은 대체로 급랭 유닛의 문맥에서 설명되지만, 이들 도면에 도시된 유동 댐핑 기구는 유사한 방식으로 가스화 스크러버 안에 적용될 수 있다. 또한, 도 18 내지 도 20은 대체로 스크러버의 문맥에서 설명되지만, 이들 도면에 도시된 유동 댐핑 기구는 유사한 방식으로 가스화 급랭 유닛 안에 적용될 수 있다.
도 2는 가스화 시스템 구성요소(46)의 일 실시형태의 단면도이다. 전술한 바와 같이, 가스화 시스템 구성요소(46)는 급랭 유닛(14) 또는 스크러버(19)와 같은 급랭 유닛 또는 스크러버일 수 있다. 가스화 시스템 구성요소(46)는 물과 같은 냉각 유체(52)의 풀(pool)을 보유하는 용기(50)를 포함한다. 가스화 시스템 구성요소(46)는 개구(53)를 통해 가스화 시스템(8)(도 1) 내의 상류 구성요소로부터 합성 가스(47)를 받아들일 수 있다. 예를 들어, 만약 가스화 시스템 구성요소(46)가 급랭 유닛(14)(도 1)을 나타낸다면, 합성 가스(47)는 가스화기(11)(도 1)로부터 받아들여진 합성 가스(13)(도 1)를 나타낼 것이다. 다른 예에서, 만약 가스화 시스템 구성요소(46)가 스크러버(19)(도 1)를 나타낸다면, 합성 가스(47)는 급랭 유닛(14)(도 1)을 떠나는 합성 가스(17)(도 1)를 나타낼 것이다. 합성 가스(47)는 용기(50)의 상부 및/또는 측면의 입구(도시되지 않음)를 통해 가스화 시스템 구성요소(46) 내의 개구(53) 안에 유입할 수 있다.
냉각 유체(52)는 수원(water source)(도시되지 않음)으로부터 용기(50)로 공급되고, 용기(50) 내에서 냉각을 위해 충분한 수위를 유지하기 위해 필요한 만큼 보충될 수 있다. 도시된 바와 같이, 용기(50)는 또한 2개의 환형 튜브(54, 56)를 포함한다. 소정 실시형태에서, 튜브(56)는 튜브(54)의 둘레에 동심으로 배치될 수 있다. 딥 튜브(dip tube)(54)는 용기(50)의 중심 안에 배치되어 가스화 시스템 구성요소(46)를 통과하는 합성 가스(47)를 안내한다. 드래프트 튜브(draft tube)(56)는 딥 튜브(54)를 둘러싸 내측 챔버(48)를 형성한다. 일반적으로 화살표로 도시된 바와 같이, 합성 가스(47)는 용기(50)의 하부 및/또는 원뿔부(59) 안에 수용된 냉각 유체(52)의 풀을 향해 딥 튜브(54)를 통과하여 유동할 수 있다. 합성 가스(47)는 냉각 유체(52)와 접촉할 수 있고, 이것은 냉각 유체의 일부가 증발하는 것을 야기하며, 이것에 의해 합성 가스(47)를 냉각시킨다.
딥 튜브(54)로부터, 내측 챔버(58)를 통과하여 외측 챔버(60)로 위로 유동할 수 있다. 외측 챔버(60)는 대체로 드래프트 튜브(56)와 용기(50)의 벽 사이에 환형 공간으로 형성될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 아래에서 도 18 및 도 20에 관해서 도시 및 설명되는 바와 같이 드래프트 튜브(56)가 생략될 수도 있다. 이 실시형태에서, 합성 가스는, 이 실시형태에서 딥 튜브(54)와 용기(50)의 벽 사이의 환형 공간 안에 연장할 수 있는 외측 챔버(60)를 통과하여 위로 유동할 수 있다. 즉, 이 실시형태에서, 내측 챔버(58)와 외측 챔버(60)는 딥 튜브(54)로부터 용기(50)의 벽까지 연장하는 하나의 연속 외측 챔버(60)로 결합될 수 있다.
합성 가스(47)가 딥 튜브(54), 내측 챔버(58) 및 외측 챔버(60)를 통과하여 유동할 때, 합성 가스는 냉각 유체(52)에 의해 냉각되어 합성 가스의 온도 및 압력을 감소시킬 수 있다. 합성 가스가 냉각될 때, 슬래그(16)와 같은 미립자(61)가 용기(50)의 바닥부 안에 수집될 수 있고, 소정 실시형태에서 록 호퍼(lock hopper)로 이어질 수 있는 배출구(62)를 통해 배출될 수 있다. 또한, 혼입된 액체가 합성 가스(47)로부터 제거될 수 있고 냉각 유체(52)의 풀 안에 수집될 수 있다.
챔버(60)의 상부 부분은 드래프트 튜브(56)의 둘레에 배치된 선택적인 환형 배플(64)을 포함할 수 있다. 소정 실시형태에 따르면, 배플(64)은 챔버(60)를 통한 합성 가스의 유동을 인도하도록 설계될 수 있고, 이것은 소정 실시형태에서 합성 가스의 유로를 증가시킬 수 있으며, 이것에 의해 합성 가스의 냉각을 촉진한다. 배플(64)은 또한 합성 가스 내에 혼입된 액체를 합체하기 위한 표면을 제공할 수 있고, 이것에 의해 출구(66)를 통해 챔버(60)를 떠나는 합성 가스 안의 냉각 액체의 혼입을 감소시킨다. 선택적인 급랭 링(68)이 딥 튜브(54)의 둘레에 환형으로 배치될 수 있고, 고온의 합성 가스(47)로부터 딥 튜브 내부 표면을 보호하기 위해 딥 튜브(54)의 내부 표면을 향해 냉각 유체를 지향시킬 수 있다. 급랭 링(68)은 또한 배플(64)을 향해 그리고/또는 냉각 유체(52)의 풀을 향해 냉각 유체를 지향시킬 수 있다. 그러나, 소정 실시형태에서, 예를 들어 가스화 시스템 구성요소(46)가 스크러버(19)를 나타내는 경우, 배플(64) 및 급랭 링(68)이 생략될 수 있다.
가스화 시스템 구성요소(46) 내의 유동 변동을 감소시키기 위해, 환형 댐핑 플레이트(70)가 용기(50)의 벽과 드래프트 튜브(56) 사이의 외측 챔버(60) 안에 연장한다. 합성 가스가 가스화 시스템 구성요소(46) 안에서 유동할 때, 급랭 링(68)으로부터의 물이 가스화 시스템 구성요소(46)를 통해 유동하여 액체 풀(52) 안에 수집될 수 있다. 댐핑 플레이트(70)는 냉각 유체(52)의 풀 내의 유동 변동으로부터의 에너지를 소산시키도록 설계될 수 있다. 댐핑 플레이트(70)는 대체로 드래프트 튜브(56)의 외경에 대응하는 내경(72)을 가질 수 있다. 댐핑 플레이트(70)는 대체로 용기(50)의 내경에 대응하는 외경(74)을 가질 수 있다. 따라서, 댐핑 플레이트(70)는 외측 챔버(60)를 통한 냉각 유체(52)의 유동을 제한하기 위해 용기(50)의 벽과 드래프트 튜브(56)와 접하여 배치될 수 있다. 댐핑 플레이트(70)는 용접, 볼트 결합 또는 다른 적합한 수단에 의해 용기(50)의 벽 및/또는 드래프트 튜브(56)에 부착될 수 있다.
댐핑 플레이트(70)의 구멍(75)은 냉각 유체(52)가 댐핑 플레이트(70)를 통해 유동하게 할 수 있다. 그러나, 구멍(75)에 의해 제공된 챔버(60)를 통한 유동 면적은 댐핑 플레이트(70)에 의해 제한되지 않는 챔버(60)의 부분의 유동 면적보다 상당히 작을 수 있다. 소정 실시형태에 따르면, 댐핑 플레이트(70)는 외측 챔버(60)의 댐핑 플레이트 부분을 통과하는 유동 면적을 적어도 대략 50 내지 100% 및 이 범위 사이의 모든 소범위만큼 감소시키는 유동 제한 기구로서 작용할 수 있다. 더 구체적으로, 댐핑 플레이트(70)는 외측 챔버의 댐핑 플레이트 부분을 통과하는 유동 면적을 적어도 대략 80 내지 100% 및 이 범위 사이의 모든 소범위만큼 감소시키는 유동 제한 기구로서 작용할 수 있다.
댐핑 플레이트(70)는 대체로 댐핑 플레이트(70)가 냉각 유체(52)의 풀 안에 잠기도록 외측 챔버(60) 안에 배치될 수 있다. 예를 들어, 댐핑 플레이트(70)는 외측 챔버(60) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(76) 아래에 배치될 수 있다. 소정 실시형태에서, 댐핑 플레이트(70)는 드래프트 튜브(56) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(78) 위에 배치될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 댐핑 플레이트(70)는 드래프트 튜브(56) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(78) 아래에 배치될 수 있다. 또한, 댐핑 플레이트(70)는 대체로 댐핑 플레이트의 구멍 안의 슬래그의 축적을 방해하기 위해 용기(50)의 원뿔부(59) 위의 충분한 높이에 배치될 수 있다.
풀(52) 안의 냉각 유체의 수위(76, 78)는 가스화 시스템 구성요소(46)의 작동 동안 변할 수 있다. 소정 실시형태에서, 가스화 시스템 구성요소(46)를 통한 합성 가스(47)의 유량이 변할 수 있고, 이것은 수위(76, 78)의 변동을 야기한다. 또한, 소정 실시형태에서, 합성 가스(47)가 풀(52) 안에 유입할 수 있으며, 이것은 냉각 유체를 휘젓고, 이것에 의해 수위(76, 78)의 변동을 야기한다. 또한, 급랭 링(68)을 떠나는 냉각 유체의 유량이 변할 수 있다. 댐핑 플레이트(70)는 수위(76) 및/또는 수위(78)의 변동을 감소시키도록 설계될 수 있다. 구체적으로, 댐핑 플레이트(70)는 냉각 유체 풀(52) 내의 유동 역학으로부터의 에너지를 소산시키는 역할을 하는 유동 제한을 제공할 수 있다.
도 3은 댐핑 플레이트(70)의 평면도이다. 댐핑 플레이트는 대체로 외경(74)과 내경(72) 사이의 차이에 의해 형성된 표면적(80)을 포함한다. 표면적(80)의 둘레에 원주방향으로 구멍(75)이 이격되어 있을 수 있다. 전술한 바와 같이, 표면적(80) 및 구멍(75)의 면적은 대체로 용기(50) 내에서 수직방향으로 물이 외측 챔버(60)를 통과하기 위해 이용할 수 있는 전체 환형 유동 면적에 대응한다. 도 2에 관해서 전술한 바와 같이, 댐핑 플레이트(70)는 유동 면적을 표면적(80) 안에 배치된 구멍(75)에 의해 제공된 면적으로 제한하도록 설계될 수 있다. 소정 실시형태에 따르면, 구멍(75)의 면적은 표면적(80) 및 구멍(85)에 의해 형성된 이용 가능한 전체 환형 유동 면적의 대략 1 내지 50%를 나타낼 수 있다. 댐핑 플레이트(70)에서, 구멍(75)의 개수, 간격, 크기 및 형상은 변할 수 있다. 예를 들어, 구멍(75)은 다른 것들 중에서 원형, 장타원형, 타원형, 직사각형, 정사각형 또는 6각형 단면일 수 있다. 또한, 다향한 형상 및 크기의 임의의 개수의 구멍이 댐핑 플레이트에 포함될 수 있다. 예를 들어, 구멍(75)의 크기 및 개수는 막힘에 저항하기에 충분히 큰 구멍을 제공하면서 유동 면적의 원하는 감소를 제공하도록 조정될 수 있다.
도 4는 가스화 시스템 구성요소(46) 안에 배치될 수 있는 다른 유형의 댐핑 플레이트(88)를 도시한다. 댐핑 플레이트(70)와 유사하게, 댐핑 플레이트(88)는 용기(50)의 벽과 드래프트 튜브(56) 사이에 환형으로 배치될 수 있다. 그러나, 이 실시형태에서, 댐핑 플레이트(88)는 표면적에 배치된 구멍이 없는 연속 부품일 수 있다. 또한, 다른 실시형태에서, 드래프트 튜브(56)가 생략될 수 있으며, 댐핑 플레이트(88)가 용기(50)의 벽과 딥 튜브(54) 사이에 배치된 연속 환형 부품일 수 있다.
냉각 유체가 댐핑 플레이트(88)의 둘레를 지나가게 하기 위해 바이패스 라인(90, 92)이 용기(50) 안에 포함될 수 있다. 튜브(90, 92)의 직경 및/또는 개수는 댐핑 플레이트(88)의 둘레에서 요구되는 유동 면적의 총계에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 다수의 튜브(90, 92)가 용기(50)의 둘레에 원주방향으로 이격되어 있을 수 있다. 소정 실시형태에서, 바이패스 튜브(92)는 바이패스 튜브(92)를 통한 유동을 다르게 하도록 조정될 수 있는 솔레노이드 밸브, 볼 밸브, 게이트 밸브 등과 같은 밸브(94)를 포함할 수 있다. 또한, 다른 실시형태에서, 밸브(94) 없이 튜브만이 사용될 수 있다. 또한, 소정 실시형태에서, 밸브(94)가 바이패스 튜브(90, 92) 각각에 포함될 수 있다. 밸브 위치는 바이패스 튜브(92)를 통한 냉각 유체의 양을 다르게 하기 위해 예를 들어 제어기에 의해 조정될 수 있다.
도 5는 댐핑 플레이트(88)의 평면도이다. 댐핑 플레이트(70)와 유사하게, 외측 원주부(82)가 용기(50)의 벽에 접하여 배치될 수 있고, 내측 원주부(84)가 드래프트 튜브(56)의 둘레에 접하여 배치될 수 있다. 댐핑 플레이트(88)는 용기(50)의 벽 및/또는 드래프트 튜브(56)에 용접, 볼트 결합되거나 또는 다르게 부착될 수 있다. 전술한 바와 같이, 댐핑 플레이트(88)는 구멍이 없는 연속 표면적(96)을 포함한다. 따라서, 냉각 유체는 댐핑 플레이트(88)보다는 바이패스 튜브(90 및/또는 92)를 통해 지향된다.
도 6은 가스화 시스템 구성요소(46) 안에 사용될 수 있는 다른 유형의 댐핑 기구인 댐핑 링(98)을 도시한다. 댐핑 링(98)은 외측 챔버(60) 전체를 통과하여 원주방향으로 연장하는 환형 링을 포함할 수 있거나, 또는 댐핑 링(98)은 외측 챔버(60)의 부분을 통과하여 연장하는 만곡된 단편(curved segment)을 포함할 수 있다. 그러나, 소정 실시형태에 따르면, 댐핑 링(98)은 하중 분포의 균형을 유지하기 위해 챔버(60) 안에 대칭으로 배치될 수 있다. 댐핑 링(98)은 용기(50) 벽 및/또는 드래프트 튜브(56)에 기대어 배치될 수 있다. 또한, 도 20에 관해서 아래에서 논의되는 바와 같이, 소정 실시형태에서, 댐핑 링(98)은 딥 튜브(54)에 기대어 배치될 수 있다.
각 댐핑 링(98)은 용기(50) 벽과 드래프트 튜브(56) 사이에서 부분적으로만 연장할 수 있다. 도시된 바와 같이, 2개의 댐핑 링(98)이 용기(50)의 벽에 접하여 배치되고, 1개의 댐핑 링이 드래프트 튜브(56)에 접하여 배치된다. 소정 실시형태에서, 댐핑 링(98)은 외측 챔버(60)를 통한 냉각 유체(52)를 위한 구불구불한 유로를 형성하기 위해 상호 작동하도록 설계될 수 있다. 구불구불한 유로는 유동 변동을 감소시키도록 설계될 수 있다. 또한, 댐핑 링(98)은 댐핑 링(98) 상의 퇴적물의 수집을 억제하기 위해 원뿔부(59)를 향해 비스듬할 수 있다.
다른 실시형태에서, 댐핑 링(98)의 개수 및/또는 상대 위치가 변할 수 있다. 예를 들어, 1개, 2개, 3개, 4개 또는 5개 이상의 댐핑 링(98)이 용기(50)의 벽, 드래프트 튜브(56) 또는 둘 모두에 부착될 수 있다. 또한, 댐핑 링(98)의 각도는 변할 수 있다. 예를 들어, 댐핑 링(98)은 용기(50)의 벽으로부터 직각방향으로 연장할 수 있거나, 댐핑 링(98)은 용기(50)의 원뿔부(59)를 향해 다양한 각도로 경사질 수 있다. 소정 실시형태에서, 댐핑 링(98)은 용기(50) 및 드래프트 튜브(56)를 향해 댐핑 링으로부터 연장하는 지지체(100)에 의해 지지될 수 있다. 댐핑 링(98) 및/또는 지지체(100)는 용기(50)의 벽 및/또는 드래프트 튜브(56)에 용접, 볼트 결합되거나 또는 다르게 부착될 수 있다.
도 7은 가스화 시스템 구성요소(46) 안에 사용된 다른 유형의 유동 댐핑 기구를 도시한다. 구체적으로, 가스화 시스템 구성요소(46)는 용기(50)의 벽 및/또는 드래프트 튜브(56)에 부착된 댐핑 바아(damping bar)(102)를 포함한다. 댐핑 바아(102)는 외측 챔버(60) 내에서 유동하는 물을 위한 구불구불한 유로를 형성하기 위해 대체로 용기(50) 및 드래프트 튜브(56)에 직각방향으로 서로를 향해 연장할 수 있다. 댐핑 바아(102)는 용기(50) 및/또는 드래프트 튜브(56)에 용접, 볼트 결합되거나 또는 다르게 부착될 수 있다. 또한, 기계적 지지를 제공하고 댐핑 바아(102)를 용기(50)의 벽 및/또는 드래프트 튜브(56)에 추가로 고정하기 위해 지지체(100)가 댐핑 바아(102)의 위 및/또는 아래에 제공될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 지지체(100)가 생략될 수 있다. 또한, 임의의 개수의 댐핑 바아(102)가 사용되어 용기(50) 및/또는 드래프트 튜브(56)의 둘레에 원주방향으로 배치될 수 있다. 또한, 드래프트 튜브(56)가 생략되는 실시형태에서, 댐핑 바아(102)의 일부 또는 전부가 딥 튜브(54)에 부착될 수 있다.
도 8은 가스화 시스템 구성요소(46) 및 댐핑 바아(102)의 평면도이다. 댐핑 바아(102)는 드래프트 튜브(56)를 향해 안쪽으로 돌출하도록 용기(50)의 둘레에 원주방향으로 이격되어 있다. 댐핑 바아(102)는 또한 용기(50)의 벽을 향해 바깥쪽으로 연장하도록 드래프트 튜브(56)의 둘레에 원주방향으로 이격되어 있다. 도시된 바와 같이, 용기(50) 상의 댐핑 바아(102)는 드래프트 튜브(56)로부터 연장하는 댐핑 바아(102)들 사이에 배치된다. 즉, 댐핑 바아(102)는 용기(50)의 벽 및 드래프트 튜브(56)에 교대로 결합된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 댐핑 바아(102)는 원주방향으로 정렬될 수 있다. 또한, 용기(50) 및 드래프트 튜브(56) 상에 위치된 댐핑 바아(102)의 개수는 변할 수 있다.
도 9는 댐핑 바아(102) 중 하나를 관통하여 취한 단면도로서, 댐핑 바아(102) 중 하나의 예시적인 단면을 보여준다. 도시된 바와 같이, 댐핑 바아(102)는 대체로 원형 단면일 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 단면은 변할 수 있다. 예를 들어, 댐핑 바아(102)는 직사각형, 삼각형, 사다리꼴, 6각형 또는 정사각형 단면일 수 있다. 또한, 퇴적물을 최소화하기 위해 그리고/또는 댐핑 바아(102)에 의해 제공된 유동 저항을 조정하기 위해 다양한 단면이 사용될 수 있다
도 10은 유동 댐핑 기구로서 플로팅 블록(floating block)(104)을 사용하는 가스화 시스템 구성요소(46)의 다른 실시형태를 도시한다. 플로팅 블록(104)은 외측 챔버(60) 안에 배치될 수 있고, 냉각 유체 풀(52)의 표면 상에서 부유하도록 설계될 수 있다. 플로팅 블록(104)은 대체로 외측 챔버(60) 내의 관성력 및 마찰력을 증가시키도록 설계될 수 있고, 이것에 의해 유동 변동을 감소시킨다. 소정 실시형태에서, 플로팅 블록(104)은 용기(50) 내의 지배적인 압력 및 온도에 견디도록 설계된 강 또는 다른 적합한 재료로 구성될 수 있다. 또한, 플로팅 블록(104)은 블록(104)의 부유를 촉진하도록 설계된 중공부를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 블록은 대체로 사다리꼴 형상이지만, 다른 실시형태에서, 다양한 형상, 크기 및 구성이 사용될 수 있다. 또한, 임의의 개수의 플로팅 블록(104)이 외측 챔버(60) 안에 포함될 수 있다. 또한, 소정 실시형태에서, 급랭 유닛 안에 포함된 플로팅 블록의 개수는 급랭 유닛 안에서 경험하는 작동 조건에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 만약 더 많은 유동 댐핑이 요구되면, 추가의 플로팅 블록(104)이 추가될 수 있다. 반면에, 만약 더 적은 유동 댐핑이 요구되면, 플로팅 블록(104)의 일부가 제거될 수 있다.
도 11은 유동 댐핑을 제공하도록 열교환기 코일(106)이 외측 챔버(60) 안에 배치된 가스화 시스템 구성요소(46)의 실시형태를 도시한다. 열교환기 코일(106)은 드래프트 튜브(56) 및/또는 딥 튜브(54)의 둘레에 나선형으로 배치될 수 있고, 냉각 유체 풀(52) 내의 유동 변동에 저항을 제공할 수 있다. 구체적으로, 열교환기 코일(106)의 외형이 댐핑 장치로서 기능하도록 설계될 수 있다. 댐핑을 제공하는 것에 추가하여, 열교환기 코일(106)은 또한 냉각 유체 풀(52)로부터 열을 추출하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 열교환기 코일(106)은 입구(108)를 통해 냉각 유체의 유동을 받아들일 수 있고, 코일(106)을 통해 유체를 출구(110)로 순환시킬 수 있다. 다른 것들 중에서 냉각제, 물, 글리콜 또는 소금물과 같은 임의의 적합한 열전달 유체가 사용될 수 있다. 냉각 유체가 코일(106)을 통해 유동할 때, 유체는 냉각 유체 풀(52)로부터 열을 흡수할 수 있다. 코일(106)로부터의 가열된 냉각 유체는 그 다음에 IGCC 시스템(8)의 다른 부분에 열을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 열교환기 코일(106)은 저온 열을 사용하는 산업 공정 또는 적용에 열을 제공하는 폐열 회수 공정의 일부로서 사용될 수 있다. 일 예에서, 열은 도 1에 도시된 증기 터빈(35) 및/또는 HRSG 시스템(23)에 사전 가열을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 12는 내측 챔버(58)와 외측 챔버(60) 사이에 배치된 유동 댐핑 기구를 도시한다. 구체적으로, 드래프트 튜브(56)는 원뿔부(59) 내 및/또는 그 바로 위의 내측 챔버(58)와 외측 챔버(60) 사이에 유동 제한을 제공하는 연장부(112)를 포함할 수 있다. 연장부(112)는 드래프트 튜브(56)를 용기(50)의 원뿔부(59)에 접속한다. 연장부(112)는 직경이 드래프트 튜브(56)의 직경에 대응하는 환형 구조일 수 있다. 내측 챔버(58)와 외측 챔버(60) 사이의 냉각 유체의 통과를 허용하기 위해 연장부(112)에 구멍(114)이 포함될 수 있다. 구멍(114)은 내측 챔버(58)와 외측 챔버(60) 사이의 유체의 유동을 제한하는 역할을 할 수 있다. 구멍(114)은 용기(50)의 바닥 및 배출구(62) 안에 수집될 수 있는 슬래그(16)에 의한 구멍(114)의 막힘을 억제하기에 충분한 크기일 수 있다. 또한, 구멍(114)의 개수 및/또는 크기는 연장부(112)에 의해 제공된 댐핑의 양을 조정하기 위해 변화될 수 있다.
요약하면, 도 2 내지 도 12는 대체로 외측 챔버(60) 내 및/또는 내측 챔버(58)와 외측 챔버(60) 사이의 냉각 유체 풀(52) 안에 배치된 유동 댐핑 기구를 도시한다. 이들 유동 댐핑 기구는 용기(50) 내의 냉각 유체(52)의 유동을 제한함으로써 유동 변동을 감소시키도록 설계될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 유동 댐핑 기구는 내측 챔버(58)를 통해 유동하는 냉각 유체(52) 및/또는 합성 가스(47)의 유동에 영향을 주기 위해 내측 챔버(58) 안에 배치될 수 있다. 특히, 도 13 내지 도 17에 도시된 유동 제한은 내측 챔버(58)를 가로질러 발생하는 압력 강하를 증가 또는 감소시키도록 설계될 수 있다. 소정 실시형태에서, 유동 댐핑 기구는 압력 강하를 증가시켜 유동 변동을 제한하도록 설계될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 유동 댐핑 기구는 압력 강하를 감소시키도록 설계될 수 있다.
도 13은 내측 챔버(58) 안에 배치된 댐핑 링(118)을 도시한다. 링(118)은 드래프트 튜브(56)와 딥 튜브(54) 사이의 공간 안에 동심으로 배치된 환형 구조를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 링(118)은 드래프트 튜브(56)의 내측 표면에 장착거나 또는 다르게 부착된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 링(118)은 딥 튜브(54)의 외측 표면에 부착될 수 있다. 링(118)은 내측 챔버(58) 내의 합성 가스(47) 또는 냉각 유체(52)와 같은 유체의 유동에 저항을 부가하도록 설계될 수 있고, 이것은 이번에는 내측 챔버(58)를 가로질러 압력 강하를 증가시켜 유동 변동을 감소시킬 수 있다.
도 14는 내측 챔버(58) 안에 배치된 링(118)을 예시하는 가스화 시스템 구성요소(46)의 평면도이다. 구체적으로, 링(118)은 드래프트 튜브(56)의 내측 표면에 환형으로 용접, 볼트 결합되거나 또는 다르게 부착되어 환형 내측 챔버(58)를 통한 유동 면적을 감소시킨다.
도 15는 천공부(120)를 포함하는 딥 튜브(54)를 갖는 가스화 시스템 구성요소(46)의 다른 실시형태를 도시한다. 구체적으로, 천공부(120)는 딥 튜브(54)의 둘레에 원주방향으로 하나 이상의 열(row)로 배치된 일련의 구멍(121)을 포함할 수 있다. 구멍(121)은 합성 가스가 딥 튜브 안의 천공 구멍을 통해 유동하는 것을 허용할 수 있고, 이것은 내측 챔버(58)를 통한 가스의 유동 프로파일을 바꿀 수 있다. 구체적으로, 합성 가스(47)의 일부는 냉각 유체(52)의 풀을 포함하는 내측 챔버(58)의 하부 부분을 우회하여 딥 튜브(54)의 벽을 통과하여 내측 챔버(58) 안으로 직접 유동할 수 있다. 천공 구멍은 딥 튜브(54)의 바닥 환형 원주를 따라서 합성 가스를 지향시키기 보다는 딥 튜브(54)의 길이를 따르는 합성 가스의 다수의 유로를 허용할 수 있다. 구멍(121)은 애시 퇴적물의 막힘을 억제하기에 충분한 크기일 수 있다. 또한, 냉각 유체 풀 수위(78)가 상승할 때, 구멍(121)은 냉각 유체(52)가 구멍(121)을 통과하여 내측 챔버(58) 안으로 유동하게 할 수 있다. 즉, 냉각 유체(52)의 수위(78)가 상승하여 딥 튜브(54)를 포위할 때, 합성 가스(47)는 구멍(121)의 상부 열을 통과하여 내측 챔버(58) 안으로 유동할 수 있고, 물은 구멍(121)의 하부 열을 통과하여 유동할 수 있다. 임의의 개수의 구멍(121)의 열이 포함될 수 있다. 또한, 구멍의 직경 및 개수는 변할 수 있다.
도 16 내지 도 18은 드래프트 튜브(56)가 생략된 가스화 시스템 구성요소(46)의 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 도 1에 도시된 스크러버(19)와 같은 스크러버를 일반적으로 도시하기 위해 배플(64) 및 급랭 링(68)도 생략되어 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 도 16 내지 도 18에 도시된 유동 댐핑 기구가 또한 도 1에 도시된 급랭 유닛(14)과 같은 급랭 유닛 안에 사용될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 합성 가스(47)는 일반적으로 화살표로 표시된 바와 같이 용기(50) 내의 딥 튜브(54)를 통해 유동할 수 있다. 합성 가스(47)는 그 다음에 딥 튜브(54)를 떠나고, 용기(50)의 원뿔부(59) 안에 수용된 냉각 유체(52)의 풀을 통해 유동할 수 있다. 합성 가스(47)는 냉각 유체(52)와 접촉할 수 있고, 이것은 냉각 유체의 일부가 기화하는 것을 야기하며, 이것에 의해 합성 가스(47)를 냉각하여 합성 가스(47)로부터 혼입된 미립자 및/또는 물을 제거한다.
딥 튜브(54)로부터, 합성 가스가 외측 챔버(60)를 통과하여 위로 유동할 수 있다. 외측 챔버(60)는 대체로 딥 튜브(54)와 용기(50)의 벽 사이의 환형 공간 안에 형성될 수 있다. 가스화 시스템 구성요소(46) 내의 유동 변동을 감소시키기 위해, 환형 댐핑 플레이트(130)가 용기(50)의 벽과 딥 튜브(54) 사이의 외측 챔버(60) 안에 연장한다. 도 2에 도시된 댐핑 플레이트(70)와 유사하게, 댐핑 플레이트(130)는 냉각 액체(52)의 풀 내의 유동 변동으로부터의 에너지를 소산시키도록 설계될 수 있다. 댐핑 플레이트(130)는 대체로 딥 튜브(54)의 외경에 대응하는 내경(126)을 가질 수 있다. 댐핑 플레이트(130)는 대체로 용기(50)의 내경에 대응하는 외경(74)을 가질 수 있다. 따라서, 댐핑 플레이트(130)는 외측 챔버(60)를 통한 냉각 액체(52)의 유동을 제한하도록 용기(50)의 벽 및 딥 튜브(54)에 접하여 배치될 수 있다. 댐핑 플레이트(130)는 용접, 볼트 결합 또는 다른 적합한 수단에 의해 용기(50)의 벽 및/또는 딥 튜브(54)에 부착될 수 있다.
댐핑 플레이트(130)의 구멍(75)은 냉각 유체(52)가 댐핑 플레이트(130)를 통해 유동하게 할 수 있다. 그러나, 구멍(75)에 의해 제공된 챔버(60)를 통한 유동 면적은 댐핑 플레이트(130)에 의해 제한되지 않는 챔버(60)의 부분 내의 유동 면적보다 상당히 작을 수 있다. 소정 실시형태에 따르면, 댐핑 플레이트(130)는 외측 챔버(60)의 댐핑 플레이트 부분을 통한 유동 면적을 적어도 대략 50 내지 100% 및 그 사이의 모든 소범위까지 감소시키는 유동 제한 기구로서 역할을 할 수 있다. 더 구체적으로, 댐핑 플레이트(130)는 외측 챔버의 댐핑 플레이트 부분을 통한 유동 면적을 적어도 대략 80 내지 100% 및 그 사이의 모든 소범위까지 감소시키는 유동 제한 기구로서 역할을 할 수 있다.
댐핑 플레이트(130)는 대체로 댐핑 플레이트(130)가 냉각 유체(52)의 풀 안에 잠기도록 외측 챔버(60) 안에 배치될 수 있다. 예를 들어, 댐핑 플레이트(130)는 외측 챔버(60) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(76) 아래에 배치될 수 있다. 소정 실시형태에서, 댐핑 플레이트(130)는 딥 튜브(54) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(78) 위에 배치될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 댐핑 플레이트(130)는 딥 튜브(54) 내의 냉각 유체 풀(52)의 수위(78) 아래에 배치될 수 있다. 또한, 댐핑 플레이트(130)는 대체로 댐핑 플레이트의 구멍 내의 미립자의 축적을 방해하기 위해 용기(50)의 원뿔부(59) 위의 충분한 높이에 배치될 수 있다.
도 17은 댐핑 플레이트(130)의 평면도이다. 댐핑 플레이트는 대체로 외경(74)과 내경(126) 사이의 차이에 의해 형성된 표면적(80)을 포함한다. 구멍(75)은 표면적(80)의 둘레에 원주방향으로 이격되어 있을 수 있다. 전술한 바와 같이, 표면적(80) 및 구멍(75)의 면적은 대체로 용기(50) 내에서 수직방향으로 물이 외측 챔버(60)를 통과하기 위해 이용할 수 있는 전체 환형 유동 면적에 대응한다. 도 16에 관해서 전술한 바와 같이, 댐핑 플레이트(130)는 유동 면적을 표면적(80) 안에 배치된 구멍(75)에 의해 제공된 면적까지 제한하도록 설계될 수 있다. 소정 실시형태에 따르면, 구멍(75)의 면적은 표면적(80) 및 구멍(75)에 의해 형성된 이용 가능한 전체 환형 유동 면적의 대략 1 내지 50%를 나타낼 수 있다. 댐핑 플레이트(130) 내에서, 구멍(75)의 개수, 간격, 크기 및 형상이 변할 수 있다. 예를 들어, 구멍(75)은 다른 것들 중에서 원형, 장타원형, 타원형, 직사각형, 정사각형 또는 6각형 단면일 수 있다. 또한, 다양한 형상 및 크기의 임의의 개수의 구멍이 댐핑 플레이트에 포함될 수 있다. 예를 들어, 구멍(75)의 크기 및 개수는 막힘에 저항하기에 충분히 큰 구멍을 제공하면서 유동 면적의 원하는 감소를 제공하도록 조정될 수 있다.
도 18은 드래프트 튜브(56)가 생략된 가스화 시스템 구성요소(46) 안에 사용된 댐핑 링(98)을 도시한다. 댐핑 링(98)은 용기(50)의 벽 및/또는 딥 튜브(54)에 기대어 배치될 수 있다. 각 댐핑 링(98)은 용기(50)의 벽과 딥 튜브(54) 사이에서 부분적으로만 연장할 수 있다. 도시된 바와 같이, 2개의 댐핑 링(98)이 용기(50)의 벽에 접하여 배치되고, 1개의 댐핑 링이 딥 튜브(54)에 접하여 배치되다. 소정 실시형태에서, 댐핑 링(98)은 외측 챔버(60)를 통한 냉각 유체(52)을 위한 구불구불한 유로를 형성하기 위해 서로 상호 작동하도록 설계될 수 있다. 구불구불한 유로는 유동 변동을 감소시키도록 설계될 수 있다. 또한, 댐핑 링(98)은 댐핑 링(98) 상의 퇴적물의 수집을 억제하기 위해 원뿔부(59)를 향해 비스듬할 수 있다.
다른 실시형태에서, 댐핑 링(98)의 개수 및/또는 상대 위치는 변할 수 있다. 예를 들어, 1개, 2개, 3개, 4개 또는 5개 이상의 댐핑 링(98)이 용기(50)의 벽, 딥 튜브(54), 또는 둘 모두에 부착될 수 있다. 또한, 댐핑 링(98)의 각도는 변할 수 있다. 예를 들어, 댐핑 링(98)은 용기(50)의 벽으로부터 직각방향으로 연장할 수 있거나, 또는 댐핑 링(98)은 용기(50)의 원뿔부(59)를 향해 다양한 각도로 경사질 수 있다. 소정 실시형태에서, 댐핑 링(98)은 댐핑 링으로부터 용기(50) 및 딥 튜브(54)를 향해 연장하는 지지체(100)에 의해 지지될 수 있다. 댐핑 링(98) 및/또는 지지체(100)는 용기(50)의 벽 및/또는 딥 튜브(54)에 용접, 볼트 결합되거나 또는 다르게 부착될 수 있다.
도 2 내지 도 18에 도시된 유동 댐핑 기구는 개별적으로 또는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 이해할 수 있는 바와 같이, 유동 댐핑 기구의 상대 크기, 형상 및 기하학적 형태는 변할 수 있다. 또한, 드래프트 튜브(56) 및/또는 급랭 링(68)과 같은 소정 구성요소가 생략될 수 있다. 유동 댐핑 기구는 초기 제작 동안 가스화 시스템 구성요소(46)에 사용될 수 있거나, 또는 유동 댐핑 기구가 기존의 가스화 시스템 구성요소(46) 안에 설치될 수 있다. 또한, 유량 댐핑 기구는 원하는 유동 댐핑의 양을 달성하기 위해 다른 것들 중에서 탄소 함유 원료의 유형, 시스템 효율, 시스템 부하 또는 환경 조건과 같은 작동 파라미터에 기초하여 조정될 수 있다.
최적의 실시 형태를 비롯한 본 발명을 개시하기 위해, 그리고 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 비롯하여 당업자가 본 발명을 실시하는 것을 가능하게 하기 위해 본 명세서는 예를 사용하였다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구의 범위에 의해 한정되고, 당업자가 생각할 수 있는 다른 예를 포함할 수 있다. 만약 청구의 범위의 문언과 다르지 않은 구성 요소를 갖고 있다면, 또는 청구의 범위의 문언과 실질적으로 차이가 없는 동등한 구성 요소를 포함한다면, 그러한 다른 예는 청구의 범위의 범주 안에 있는 것으로 의도된다.
8 : IGCC 시스템 11 : 가스화기
13 : 고온 합성 가스 14 : 급랭 유닛
16 : 슬래그 17 : 냉각된 합성 가스
19 : 스크러버 20 : 황 생산
21 : 스크러빙된 합성 가스 22 : 황 성분
23 : 열 회수 증기 발생기 24 : 수처리
25 : 액체 26 : 열 회수 증기 발생기
27 : 물 처리 시스템 28 : 합성 가스
29 : 연소기 30 : 공기
31 : 압축기 32 : 질소
33 : 희석 질소 압축기 34 : 배기
35 : 증기 터빈 36 : 전기 발전기
37 : 배기 38 : 증기 터빈
39 : 발전기 40 : 증기
41 : 응축기 42 : 냉각 유체
43 : 냉각 타워 44 : 응축된 증기
46 : 가스화 시스템 구성요소 47 : 합성 가스
50 : 용기 52 : 냉각 유체
53 : 개구 54 : 딥 튜브
56 : 드래프트 튜브 58 : 내측 챔버
59 : 원뿔부 60 : 외측 챔버
61 : 미립자 62 : 배출구
64 : 배플 66 : 출구
68 : 급랭 링 70 : 댐핑 플레이트
72 : 내경 74 : 외경
75 : 구멍 76, 78 : 수위
80 : 표면적 82 : 외측 원주부
84 : 내측 원주부 88 : 댐핑 플레이트
90, 92 : 바이패스 튜브 94 : 밸브
96 : 표면적 98 : 댐핑 링
100 : 지지체 102 : 댐핑 바아
104 : 블록/플로트 106 : 열교환 코일
108 : 입구 110 : 출구
112 : 드래프트 튜브 연장부 114 : 구멍
118 : 링 120 : 딥 튜브 연장부
121 ; 구멍 124 : 폭
126 : 드래프트 튜브 내경 128 : 딥 튜브 외경
130 : 플레이트

Claims (10)

  1. 가스화 시스템 구성요소에 있어서,
    냉각 유체(52)의 풀(pool)을 보유하도록 구성된 용기(50)와;
    상기 용기(50) 안에 배치되어 다른 유체(47)를 상기 풀을 향해 지향시키는 딥 튜브(dip tube)(54)와;
    상기 딥 튜브(54)를 둘러싸는 드래프트 튜브(draft tube)(56)로서, 상기 딥 튜브(54)와 상기 드래프트 튜브(56) 사이에 내측 챔버(58)를 형성하고, 상기 드래프트 튜브(56)와 상기 용기의 벽 사이에 외측 챔버(60)를 형성하는, 상기 드래프트 튜브(56)와;
    상기 내측 챔버(58) 내부, 상기 외측 챔버(60) 내부, 또는 상기 내측 챔버(58)와 상기 외측 챔버(60)의 사이 중 하나 이상에 배치되고, 상기 가스화 시스템 구성요소 내의 상기 냉각 유체(52), 상기 다른 유체(47), 또는 상기 냉각 유체(52)와 상기 다른 유체(47) 둘 모두의 유동을 댐핑하도록 구성된 하나 이상의 유동 댐핑 기구(70, 88, 98, 100, 102, 104, 106, 112, 118, 120, 130)를 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 기구는, 상기 드래프트 튜브(56)의 둘레에 동심으로 배치되어 상기 외측 챔버(60)를 통한 유동 면적을 적어도 대략 80%만큼 감소시키는 하나 이상의 환형 링(70, 88, 98, 130)을 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 기구는 상기 용기(50)에 접하여 배치된 제 1 환형 링(98)과, 상기 드래프트 튜브(56)에 접하여 배치되고 상기 제 1 환형 링(98)과 상호 작동하여 상기 외측 챔버(60)를 통한 상기 냉각 유체(52)를 위한 구불구불한 유로를 형성하도록 구성된 제 2 환형 링(98)을 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 기구는 상기 용기(50)에 접하여 배치된 외측 원주부와, 상기 드래프트 튜브(56)에 접하여 배치된 내측 원주부(84)와, 상기 플레이트(70)를 통한 상기 냉각 유체(52)의 통과를 허용하도록 구성된 복수의 구멍(75)을 갖는 환형 플레이트(98)를 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기(50)는 상기 외측 챔버(60)의 일부의 주위에 유체를 지향시키도록 구성된 바이패스 튜브(90)를 포함하고,
    상기 댐핑 기구는 상기 외측 챔버(60)의 일부를 통한 상기 냉각 유체(52)의 유동을 방해하고 상기 바이패스 튜브(90)를 통한 상기 냉각 유체(52)의 유동을 인도하도록 구성된 환형 플레이트(88)를 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 기구는 상기 풀 안에서 부유하도록 구성된 플로팅 블록(floating block)(104)을 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 기구는 상기 드래프트 튜브(56)의 둘레에 나선형으로 배치된 관형 열교환기(106)를 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 기구는 상기 풀을 보유하도록 구성된 상기 용기(50)의 원뿔부(59)에 결합된 상기 드래프트 튜브의 환형 연장부(112)를 포함하고, 상기 환형 연장부(112)는 상기 내측 챔버(58)와 상기 외측 챔버(60) 사이의 상기 냉각 유체(52)의 통과를 허용하도록 구성된 천공 구멍(114)을 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 기구는 상기 내측 챔버(58) 안에 배치된 환형 링(118)을 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 기구는 상기 풀을 향해 연장하도록 구성된 상기 딥 튜브(54)의 환형 연장부(120)를 포함하고, 상기 환형 연장부(120)는 상기 딥 튜브(54)의 벽을 통한 상기 냉각 유체(52), 상기 다른 유체(47), 또는 상기 냉각 유체(52)와 상기 다른 유체(47) 둘 모두의 통과를 허용하도록 구성된 천공 구멍(121)을 포함하는
    가스화 시스템 구성요소.
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