KR20110001963A - Cooling chamber assembly for a gasifier - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 가스화기(gasifier)에 관한 것으로, 특히 가스화기용 냉각 챔버 조립체에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to gasifiers and, more particularly, to cooling chamber assemblies for gasifiers.
석탄(coal), 코크스(coke) 또는 탄소질 가스(carbonaceous gas) 등의 입자상 탄소질 연료를 연소시키는 통상의 석탄 가스화 프로세스에 있어서, 이러한 프로세스는 연소 챔버내의 비교적 고온 및 고압에서 실행된다. 분사된 연료가 연소 챔버내에서 연소되거나 부분 연소된 경우, 유출물(effluent)은 연소 챔버의 하단부에 있는 포트를 통해 연소 챔버의 하류에 배치된 냉각 챔버로 배출된다. 냉각 챔버는 물 등의 액체 냉각제를 수용하고 있다. 연소 챔버로부터의 유출물은 냉각 챔버내의 액체 냉각제와 접촉하여, 유출물의 온도가 낮아진다. 특정 적용에 있어서, 냉각 챔버는 합성가스(syngas)용 퀀칭 챔버(quenching chamber)로서 사용될 수도 있다. 특정 다른 적용에서는, 냉각 챔버는 발생된 합성가스로부터 혼입된 고형물을 제거하는 스크러버(scrubber)로서 사용될 수도 있다. 특정 적용에 있어서, 가스화기는 퀀칭 시스템 및 스크러버 모두를 구비할 수도 있다.In a conventional coal gasification process of burning particulate carbonaceous fuels such as coal, coke or carbonaceous gas, these processes are carried out at relatively high temperatures and high pressures in the combustion chamber. When the injected fuel is combusted or partially combusted in the combustion chamber, the effluent is discharged through a port at the bottom of the combustion chamber to a cooling chamber disposed downstream of the combustion chamber. The cooling chamber contains a liquid coolant such as water. The effluent from the combustion chamber contacts the liquid coolant in the cooling chamber, which lowers the temperature of the effluent. In certain applications, the cooling chamber may be used as a quenching chamber for syngas. In certain other applications, the cooling chamber may be used as a scrubber to remove entrained solids from the generated syngas. In certain applications, the gasifier may have both a quenching system and a scrubber.
연료가 석탄 또는 코크스와 같이 고체인 경우, 가스화기 장치는 애쉬(ash) 형태인 유출물의 고형 부분을 냉각 챔버의 액체 풀(liquid pool)내에 유지시킨 후에, 슬래그 슬러리(slag slurry)로서 배출시킨다. 유출물의 가스 성분은 추가적인 처리를 위해 냉각 챔버로부터 배출된다. 그러나, 냉각 챔버를 통과할 때 가스 성분은 상당량의 액체 냉각제를 가질 것이다. 방출 가스에 혼입된 극소량의 액체는 전체 프로세스에 유해한 것으로 여겨지지 않는다. 그러나, 냉각 챔버로부터 하류 장비내로 운반된 과잉의 액체는 작동 문제를 야기하는 것으로 알려져 있다.If the fuel is solid, such as coal or coke, the gasifier maintains the solid portion of the effluent in the form of ash in the liquid pool of the cooling chamber and then discharges it as a slag slurry. The gaseous components of the effluent are withdrawn from the cooling chamber for further processing. However, when passing through the cooling chamber the gas component will have a significant amount of liquid coolant. Very small amounts of liquid incorporated into the effluent gas are not considered harmful to the overall process. However, excess liquid conveyed from the cooling chamber into the downstream equipment is known to cause operational problems.
가스화기에서 발생된 유출물 가스로부터 혼입된 액체 함유물을 실질적으로 제거하도록 구성된 퀀칭 및 스크러버 어플리케이션용의 개선된 냉각 챔버 조립체에 대한 요구가 있다.There is a need for an improved cooling chamber assembly for quenching and scrubber applications that is configured to substantially remove entrained liquid content from the effluent gas generated in the gasifier.
본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 가스화기는 가연성 연료(combustible fuel)를 연소시켜 합성가스 및 입자상 고체 잔류물을 생성하는 연소 챔버를 포함한다. 액체 냉각제를 갖는 냉각 챔버는 연소 챔버의 하류에 배치된다. 연소 챔버를 냉각 챔버에 연결하는 침지관(dip tube)이 배치된다. 합성가스는 연소 챔버로부터 침지관을 거쳐서 냉각 챔버로 지향되어 액체 냉각제와 접촉하여서, 냉각된 합성가스가 생성된다. 비대칭 또는 대칭 액체 분리기(liquid separator)는 냉각 챔버의 출구 경로(exit path)에 근접하여 배치되고, 환형 통로를 통해 출구 경로로 지향되는 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물을 제거하도록 구성된다.According to one exemplary embodiment of the present invention, the gasifier includes a combustion chamber that combusts combustible fuel to produce syngas and particulate solid residue. The cooling chamber with the liquid coolant is arranged downstream of the combustion chamber. A dip tube is arranged that connects the combustion chamber to the cooling chamber. The syngas is directed from the combustion chamber through the dip tube into the cooling chamber and in contact with the liquid coolant to produce a cooled syngas. An asymmetrical or symmetrical liquid separator is arranged in proximity to the exit path of the cooling chamber and is configured to remove entrained liquid content from the cooled syngas directed to the exit path through the annular passageway.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 핀형의 비대칭 또는 대칭 액체 분리기는 냉각 챔버의 출구 경로에 근접하여 배치되고, 환형 통로를 통해 출구 경로로 지향된 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물을 제거하도록 구성된다.According to another exemplary embodiment of the present invention, the fin-shaped asymmetric or symmetric liquid separator is disposed proximate to the outlet path of the cooling chamber and incorporates liquid inclusions incorporated from the cooled syngas directed to the outlet path through the annular passageway. Configured to be removed.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 비대칭 또는 대칭의 패싯형 또는 라운드형 액체 분리기(faceted or round liquid separator)는 냉각 챔버의 출구 경로에 근접하여 배치되고, 환형 통로를 통해 출구 경로로 지향되는 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물을 제거하도록 구성된다.According to another exemplary embodiment of the present invention, an asymmetrical or symmetrical faceted or round liquid separator is disposed proximate the outlet path of the cooling chamber and directed through the annular passage to the outlet path. And to incorporate entrained liquid content from the cooled syngas.
본 발명의 상기 특징, 태양 및 장점과 다른 특징, 태양 및 장점은, 도면 전체에 걸쳐서 유사 도면부호가 유사 부분을 나타내는 첨부 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명을 보면 보다 잘 이해될 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above features, aspects, and advantages of the present invention, as well as other features, aspects, and advantages, will be better understood upon reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings, in which like reference characters indicate like parts throughout the figures.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 액체 분리기를 갖는 예시적인 냉각 챔버를 구비하는 가스화기의 개략도,
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 액체 분리기의 개략도,
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 액체 분리기를 갖는 냉각 챔버의 일부를 도시하는 개략도,
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 액체 분리기를 갖는 냉각 챔버의 일부를 도시하는 개략도,
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 액체 분리기를 갖는 냉각 챔버의 일부를 도시하는 개략도,
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 액체 분리기를 갖는 냉각 챔버의 일부를 도시하는 개략도,
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 핀 장치의 개략도,
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 핀 장치의 개략도,
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 핀 장치의 개략도,
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 단일 열의 핀 장치를 갖는 액체 분리기를 구비하는 냉각 챔버의 일부를 도시하는 개략도,
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 다중 열의 핀 장치를 갖는 액체 분리기를 구비하는 냉각 챔버의 일부를 도시하는 개략도,
도 12는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 열을 따라 경사진 핀 장치를 갖는 액체 분리기를 구비하는 냉각 챔버의 일부를 도시하는 개략도,
도 13은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 지그재그 배치형 핀 장치를 갖는 액체 분리기의 개략도,
도 14는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 액체 분리기를 갖는 스크러버의 개략도,
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 패싯형 또는 라운드형 액체 분리기의 개략도,
도 16은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 패싯형 액체 분리기의 개략도,
도 17은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 라운드형 액체 분리기의 개략도.1 is a schematic diagram of a gasifier having an exemplary cooling chamber with a liquid separator in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;
2 is a schematic diagram of a liquid separator according to an exemplary embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram showing a portion of a cooling chamber having a liquid separator according to an exemplary embodiment of the present invention;
4 is a schematic diagram showing a portion of a cooling chamber having a liquid separator according to an exemplary embodiment of the present invention;
5 is a schematic diagram showing a portion of a cooling chamber having a liquid separator according to an exemplary embodiment of the present invention;
6 is a schematic diagram showing a portion of a cooling chamber having a liquid separator according to an exemplary embodiment of the present invention;
7 is a schematic diagram of a pin device in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;
8 is a schematic diagram of a pin device according to an exemplary embodiment of the present invention;
9 is a schematic diagram of a pin device in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;
10 is a schematic diagram showing a portion of a cooling chamber having a liquid separator having a single row of fin devices in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;
11 is a schematic diagram showing a portion of a cooling chamber having a liquid separator having multiple rows of fin devices in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;
12 is a schematic diagram showing a portion of a cooling chamber having a liquid separator having a fin device inclined along a row, in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;
13 is a schematic view of a liquid separator having a zig-zag arranged pin device according to an exemplary embodiment of the present invention;
14 is a schematic diagram of a scrubber having a liquid separator according to an exemplary embodiment of the present invention;
15 is a schematic representation of a faceted or round liquid separator in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;
16 is a schematic view of a faceted liquid separator in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;
17 is a schematic representation of a round liquid separator in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
본 명세서에 기재된 예시적인 실시예에 따르면, 연소 챔버의 하류에서의 합성가스의 온도를 낮추도록 구성된 냉각 챔버 조립체를 구비한 가스화기가 기재되어 있다. 가스화기는 연소 챔버의 하류에 배치된 액체 냉각제를 수용하는 냉각 챔버를 포함한다. 연소 챔버로부터 발생된 합성가스는 침지관을 거쳐서 냉각 챔버로 지향되어 액체 냉각제와 접촉하여서, 냉각된 합성가스가 생성된다. 또한, 가스화기는 연소 챔버를 냉각 챔버에 연결하고 연소 챔버로부터 냉각 챔버로 합성가스를 지향시켜 액체 냉각제에 접촉시켜서 냉각된 합성가스를 생성하는 침지관을 포함한다. 침지관을 둘러싸서 침지관과의 사이에 환형 통로를 형성하는 흡출관(draft tube)이 배치되어 있다. 액체 분리기는 냉각 챔버의 출구 경로에 근접하여 배치되고, 환형 통로를 통해 출구 경로로 지향되는 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물을 제거하도록 구성된다. 하나의 실시예에 있어서, 액체 분리기는 대칭 액체 분리기이다. 다른 실시예에 있어서, 액체 분리기는 비대칭 액체 분리기이다. 일부 실시예에 있어서, 냉각 챔버는 퀀칭 어플리케이션용으로 사용된다. 특정 다른 실시예에 있어서, 냉각 챔버는 스크러빙 어플리케이션용으로 사용된다. 냉각된 합성가스는 환형 통로를 통해 지향되어 액체 분리기에 충돌되어서, 냉각된 합성가스가 출구 경로를 통해 지향되기 전에 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물이 제거된다. 본 명세서에서는, 혼입된 액체의 제거를 수행하는데 사용되는 구성은 "액체 분리기"로서 지칭된다. 액체 분리기는 단일 구성요소 또는 조립체일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 액체 분리기는 침지관에 연결된 핀형 변류기(finned deflector)를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 액체 분리기는 원추형상의 패싯형 또는 라운드형 분리기를 포함한다. 예시적인 액체 분리기를 제공함으로써, 출구 경로를 통해 하류 구성요소로 지향되는 합성가스에 있어서의 액체 함유물의 혼입을 상당히 감소시킬 수 있다. 특정 실시예가 도 1 내지 도 15를 참조하여 하기에서 보다 상세하게 설명된다.According to an exemplary embodiment described herein, a gasifier is described having a cooling chamber assembly configured to lower the temperature of syngas downstream of the combustion chamber. The gasifier includes a cooling chamber containing a liquid coolant disposed downstream of the combustion chamber. Syngas generated from the combustion chamber is directed to the cooling chamber via an immersion tube and in contact with the liquid coolant to produce cooled syngas. The gasifier also includes an immersion tube that connects the combustion chamber to the cooling chamber and directs the synthesis gas from the combustion chamber to the cooling chamber to contact the liquid coolant to produce cooled syngas. A draft tube is arranged which surrounds the dip tube and forms an annular passage between the dip tube. The liquid separator is disposed proximate to the outlet path of the cooling chamber and is configured to remove entrained liquid content from the cooled syngas that is directed to the outlet path through the annular passageway. In one embodiment, the liquid separator is a symmetrical liquid separator. In another embodiment, the liquid separator is an asymmetric liquid separator. In some embodiments, cooling chambers are used for quenching applications. In certain other embodiments, the cooling chamber is used for scrubbing applications. The cooled syngas is directed through the annular passageway and impinges on the liquid separator so that entrained liquid content is removed from the cooled syngas before the cooled syngas is directed through the outlet path. In this specification, the configuration used to perform the removal of the entrained liquid is referred to as "liquid separator". The liquid separator may be a single component or assembly. In some embodiments, the liquid separator includes a finned deflector connected to the dip tube. In another embodiment, the liquid separator comprises a conical facet or round separator. By providing an exemplary liquid separator, the incorporation of liquid inclusions in the syngas that is directed to the downstream component through the outlet path can be significantly reduced. Specific embodiments are described in more detail below with reference to FIGS. 1 to 15.
도 1을 참조하면, 예시적인 가스화기(10)가 도시되어 있다. 가스화기(10)는 상단부에 연소 챔버(14) 및 하단부에 냉각 챔버(16)를 내장하는 외측 쉘(12)을 포함한다. 연소 챔버(14)에는, 정상 작동 온도에서 견딜 수 있는 내화 벽(refractory wall; 18)이 제공된다. 버너(20)는 경로(22)를 거쳐서 연료 소스(24)에 연결된다. 석탄, 코크스 등과 같은 분말상 탄소질 연료를 포함하는 연료 스트림은 연소 챔버(14)의 상부 벽상에 제거가능하게 배치된 버너(20)를 거쳐서 연소 챔버(12)내로 공급된다. 또한, 버너(20)는 산소 또는 공기 등의 가스를 공급하도록 구성된 연소 지지 가스 소스(28)에 경로(26)를 거쳐서 연결된다.Referring to FIG. 1, an
가연성 연료는 연소 챔버(14)내에서 연소되어서 합성가스 및 입자상 고체 잔류물을 포함하는 유출물을 생성한다. 고온 유출물은 연소 챔버(14)로부터 외측 쉘(12)의 하단부에 제공된 냉각 챔버(16)로 공급된다. 냉각 챔버(16)는 가압 소스(30)에 연결되고, 액체 냉각제(32), 바람직하게는 물의 풀(pool)을 냉각 챔버(16)에 공급한다. 냉각 챔버(16)에서의 액체 냉각제의 높이는 연소 챔버(14)로부터 냉각 챔버(16)내로 공급된 유출물의 상태에 따라 효율적인 작동을 보장하는 소정의 높이로 유지된다. 가스화기의 외측 쉘(12)의 하단부에는, 물 및 미세 입자가 냉각 챔버(16)로부터 슬러리의 형태로 제거되는 배출 포트(34)가 제공된다.Combustible fuel is combusted in
도시된 실시예에 있어서, 연소 챔버(14)의 수축부(36)는 침지관(38)을 거쳐서 냉각 챔버(16)에 연결된다. 고온 유출물은 연소 챔버(14)로부터 침지관(38)의 통로(40)를 거쳐서 냉각 챔버(16)내의 액체 냉각제(32)로 공급된다. 링(42)은 침지관(38)에 근접하여 배치되고 가압 소스(30)에 연결되어서 침지관의 내측벽을 유출물의 하향 유동을 가장 잘 수용하는 습식 상태로 유지한다. 침지관(38)의 하단부(44)는 유출물의 냉각을 효율적으로 달성하도록 톱니모양이고 액체 냉각제(32)의 표면 아래에 위치될 수 있다.In the illustrated embodiment, the
냉각 챔버(16)내에는 흡출관(46)이 배치되어 있다. 흡출관(46)은 가스화기의 쉘(12)에 고정 지지된 기다란 원통체(48)를 포함한다. 흡출관(46)의 하측부는 액체 냉각제(32)내에 잠겨 있다. 원통체(48)는 상단부가 링(42)에 인접하지만 링(42)으로부터 이격되어서 종단된다. 또한, 원통체(48)는 침지관(38)으로부터 이격되어 환형 통로(50)를 형성한다. 합성가스는 액체 냉각제(32)와 접촉하여서 냉각된 합성가스가 생성된다. 그후에, 냉각된 합성가스는 환형 통로(50)를 통과하여 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)로 향한다.The
전술한 바와 같이, 유출물의 가스 성분은 추가적인 처리를 위해 출구 경로(52)를 거쳐서 냉각 챔버(16)로부터 배출된다. 도시된 실시예에 있어서, 냉각 챔버(16)는 퀀칭 챔버이다. 특정 다른 실시예에 있어서, 냉각 챔버는 합성가스로부터 혼입된 고형물을 제거하도록 구성된 스크러버이다. 그러나, 통상적으로 퀀칭 챔버를 통과할 때 가스 성분은 상당량의 액체 냉각제를 가지는 것으로 알려져 있다. 냉각 챔버로부터 하류 장비내로 운반된 과잉의 액체는 작동 문제를 야기하는 것으로 알려져 있다.As mentioned above, the gaseous components of the effluent are withdrawn from the cooling
도시된 실시예에 있어서, 액체 분리기(54)는 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)에 근접하여 배치된다. 본 명세서에 있어서, 도시된 실시예에서는, 액체 분리기(54)가 대칭 액체 분리기인 것에 주목하여야 한다. 액체 분리기(54)는 침지관(38)에 연결되고 환형 통로(50)로부터 하방으로 냉각된 합성가스의 유동을 재지향시키도록 구성된 변류기(56)를 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 변류기(56)는 구형상일 수 있다. 다른 실시예에서는, 변류기의 다른 형상이 고려될 수도 있다. 변류기(56)에는 복수의 핀(fin; 58)이 제공된다. 변류기(56)에 의해 재지향된 냉각된 합성가스는 일련의 차단물(blockage), 즉 핀(58)을 통해 유동하도록 강제된다. 결과적으로, 합성가스의 유동 모멘텀이 소산되고 유용한 유동 부분이 보다 효율적으로 이용된다. 합성가스의 유동은 변류기(56)의 출구에서 보다 균일하게 분포된다. 통상의 퀀칭 냉각 과정에 있어서, 냉각된 가스 스트림은 일정량의 액체 냉각제를 함유하고 있다. 그러나, 냉각된 가스 스트림이 변류기(56) 및 핀(58)에 충돌함에 따라, 합성가스의 유동 속도가 감소되어, 혼입된 액체 함유물이 합성가스로부터 제거된다. 또한, 변류기(56)는 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)로 액체 냉각제(32)가 튀기는 것을 방지한다.In the illustrated embodiment, the
도시된 실시예에 있어서, 변류기(56)는 냉각된 합성 가스중 일부를 냉각 챔버(16)에 있어서의 변류기(56)의 상류 영역으로 지향시키는 복수의 구멍(57)을 포함할 수도 있다. 이것은 합성가스 유동 균일성을 향상시키고, 합성가스내의 액체 함유물의 혼입을 저감하는 것을 촉진한다. 특정 실시예에 있어서, 변류기(56)는 구멍(56)을 채용할 수 있고, 핀(58)을 구비하지 않을 수도 있다. 본 명세서에서는, 도시된 가스화기가 예시적인 실시예이고 가스화기의 다른 구성도 또한 고려된다는 것에 주목하여야 한다. 본 명세서에서, 용어 "냉각 챔버"는 가스화기 구성과 무관하게 퀀칭 시스템 또는 스크러버를 지칭한다는 것에 주목하여야 한다. 액체 분리기의 다른 실시예가 다음 도면들을 참조하여 하기에서 설명된다.In the illustrated embodiment, the
도 2를 참조하면, 액체 분리기(54)가 도시되어 있다. 전술된 바와 같이, 액체 분리기(54)는 냉각 챔버의 출구 경로에 근접하여 배치된다. 액체 분리기(54)는 침지관에 연결되고 냉각된 합성가스의 유동을 침지관과 흡출관 사이의 환형 통로로부터 하방으로 재향시키도록 구성된 구형 변류기(56)를 포함한다. 변류기(56)상에는 복수의 핀(58)이 배치되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 10개의 핀(58)이 변류기(56)에 제공된다. 핀(58)은 원형 방향(60)을 따라 배치된다. 냉각된 가스 스트림이 변류기(56) 및 핀(58)에 충돌함에 따라, 유동의 모멘텀이 소산되고, 유동 속도가 감소되어, 혼입된 액체 함유물이 합성가스로부터 제거된다.Referring to FIG. 2, a
도 3을 참조하면, 냉각 챔버(16)의 일부가 도시되어 있다. 액체 분리기(62)는 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)에 근접하여 배치된다. 도시된 실시예에 있어서, 액체 분리기(62)는 대칭 액체 분리기이다. 액체 분리기(62)는 침지관(38)에 연결되고 냉각된 합성가스의 유동을 침지관(38)과 흡출관(46) 사이의 환형 통로(50)로부터 하방으로 재지향시키도록 구성된 타원형 변류기(64)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a portion of the cooling
도 4를 참조하면, 냉각 챔버(16)의 일부가 도시되어 있다. 액체 분리기(66)는 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)에 근접하여 배치된다. 도시된 실시예에 있어서, 액체 분리기(66)는 대칭 액체 분리기이다. 액체 분리기(66)는 침지관(38)에 연결되고 냉각된 합성가스의 유동을 침지관(38)과 흡출관(46) 사이의 환형 통로(50)로부터 하방으로 재지향시키도록 구성된 직사각형 변류기(68)를 포함한다.4, a portion of the cooling
도 5를 참조하면, 냉각 챔버(16)의 일부가 도시되어 있다. 액체 분리기(67)는 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)에 근접하여 배치된다. 도시된 실시예에 있어서, 액체 분리기(67)는 비대칭 액체 분리기이다. 액체 분리기(67)는 침지관(38)에 연결되고 냉각된 합성가스의 유동을 침지관(38)과 흡출관(46) 사이의 환형 통로(50)로부터 하방으로 재지향시키도록 구성된 변류기(69)를 포함한다.5, a portion of the cooling
도 6을 참조하면, 냉각 챔버(16)의 일부가 도시되어 있다. 액체 분리기(70)는 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)에 근접하여 배치된다. 액체 분리기(70)는 대칭 액체 분리기이다. 액체 분리기(70)는 침지관(38)에 연결되고 냉각된 합성가스의 유동을 침지관(38)과 흡출관(46) 사이의 환형 통로(50)로부터 하방으로 재지향시키도록 구성된 사다리꼴 변류기(72)를 포함한다.Referring to FIG. 6, a portion of the cooling
도 7을 참조하면, 변류기(도시되지 않음)에 제공된 복수의 핀(74)이 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 핀(74)은 직선형 핀을 포함하고, 다각형 형상으로 배열되어 있다.Referring to FIG. 7, there are shown a plurality of
도 8을 참조하면, 변류기(도시되지 않음)에 제공된 복수의 핀(76)이 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 핀(76)은 곡선형 핀을 포함하고, 원형 형상으로 배열되어 있다.Referring to FIG. 8, there are shown a plurality of
도 9를 참조하면, 변류기(도시되지 않음)에 제공된 복수의 핀(78)이 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 한 세트의 핀(78)은 반경방향(80)을 따라 배치될 수 있고, 다른 세트의 핀(78)은 접선방향(82)을 따라 배치될 수 있다.9, a plurality of
도 10을 참조하면, 도 1의 실시예에 따른 냉각 챔버(16)의 일부가 도시되어 있다. 액체 분리기(54)는 침지관(38)에 연결되고 냉각된 합성가스의 유동을 침지관(38)과 흡출관(46) 사이의 환형 통로(50)로부터 하방으로 재지향시키도록 구성된 구형 변류기(56)를 포함한다. 변류기(56)에는 복수의 핀(58)이 제공된다. 도시된 실시예에 있어서, 핀(58)은 단일 열을 따라 배치되어 있다.Referring to FIG. 10, a portion of a cooling
도 11을 참조하면, 도 1의 실시예에 따른 냉각 챔버(16)의 일부가 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 복수의 핀(58)은 변류기(56)에 제공되고, 다중 열을 따라 배치되어 있다.Referring to FIG. 11, a portion of the cooling
도 12를 참조하면, 도 1의 실시예에 따른 냉각 챔버(16)의 일부가 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 복수의 핀(58)은 변류기(56)에 제공되고, 열을 따라 경사 배치되어 있다.Referring to FIG. 12, a portion of the cooling
도 13을 참조하면, 액체 분리기(84)가 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 액체 분리기(84)는 변류기(90)에 제공된 2개 세트의 핀(86, 88)을 포함한다. 2개 세트의 핀(86, 88)은 각각 원주방향을 따른 2개의 열을 따라 배치되어 있다. 일 실시예에서는, 하나의 열을 따른 핀(86)의 세트가 다른 열의 핀(88)의 세트에 대해 지그재그로 배치되어 있다.Referring to FIG. 13, a
도 14를 참조하면, 예시적인 냉각 챔버(85)가 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 냉각 챔버(85)는 스크러버이다. 흡출관(87)은 냉각 챔버(85)내에 침지관(89)을 둘러싸서 배치된다. 흡출관(87)과 침지관(89) 사이에는 환형 통로(93)가 형성된다. 합성가스는 액체 냉각제(91)와 접촉하여서 냉각되어, 합성가스로부터 혼입된 고체 입자가 제거된다.Referring to FIG. 14, an
도시된 실시예에 있어서, 액체 분리기(95)는 환형 통로(93)의 출구에 근접하여 배치된다. 액체 분리기(95)는 침지관(89)에 연결되고 냉각된 합성가스의 유동을 환형 통로(93)로부터 하방으로 재향시키도록 구성된 변류기(97)를 포함한다. 변류기(97)에는 복수의 핀(도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 변류기(97)에 의해 재지향된 냉각된 합성가스는 일련의 핀을 통해 유동하도록 강제될 수 있다. 결과적으로, 합성가스의 유동 모멘텀이 소산되고 유용한 유동 부분이 보다 효율적으로 이용된다. 그후에, 합성가스는 흡출관(87)과 냉각 챔버(85)의 벽(101) 사이의 공간(99)을 통해 상방으로 유동하여, 상부측으로부터 방출된다.In the embodiment shown, the
본 명세서에 기재된 실시예에 따르면, 변류기, 핀 또는 이들의 조합을 제공함으로써, 냉각된 합성가스의 유동 속도를 감소시키고, 또한 액체 냉각제와 냉각 챔버의 출구 경로 사이의 가스 유로 거리를 증대시킬 수 있다. 이에 의해, 냉각 챔버내에서의 가스와 액체 냉각제 혼합물의 체류 시간을 증가시켜서 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물의 제거를 향상시킨다. 일반적으로, 변류기 및 핀은 냉각 챔버내에서의 합성가스의 유동에 대한 구불구불한 경로(tortuous path)를 형성할 수 있다.According to the embodiments described herein, by providing a current transformer, fins or a combination thereof, it is possible to reduce the flow rate of the cooled syngas and also increase the gas flow path distance between the liquid coolant and the outlet path of the cooling chamber. . This increases the residence time of the gas and liquid coolant mixture in the cooling chamber to improve the removal of entrained liquid inclusions from the cooled syngas. In general, the current transformer and fins can form a tortuous path to the flow of syngas in the cooling chamber.
본 명세서에서는, 도 1 내지 도 14를 참조하면, 변류기의 형상이 적용에 따라 변경될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 또한, 핀의 개수, 형상 및 배열도 적용에 따라 변경되고 최적화될 수 있다. 전술한 각종 실시예의 다양한 변경 및 조합이 또한 고려될 수도 있다.1 to 14, it should be noted that the shape of the current transformer may be changed depending on the application. In addition, the number, shape and arrangement of the pins can also be changed and optimized depending on the application. Various modifications and combinations of the various embodiments described above may also be considered.
도 15를 참조하면, 냉각 챔버(92)가 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 흡출관(94)은 냉각 챔버(92)내에 침지관(96)을 둘러싸서 위치된다. 냉각된 합성가스는 침지관(96)과 흡출관(94) 사이에 형성된 환형 통로를 통과하여 냉각 챔버(92)의 출구 경로(100)로 향한다. 액체 분리기(102)는 출구 경로(100)에 근접하여, 냉각 챔버(92)내에서 침지관(96) 및 흡출관(94)을 둘러싸서 배치된다. 합성가스는 냉각 챔버(92)내의 액체 냉각제(104)와 접촉하여 냉각된다. 액체 분리기(102)는 패싯형 또는 라운드형 액체 분리기일 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 액체 분리기(102)는 원추형상의 액체 분리기이다. 일 실시예에 있어서, 액체 분리기(102)는 비대칭 액체 분리기일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 액체 분리기(102)는 대칭 액체 분리기일 수도 있다. 액체 분리기는 다음 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.Referring to FIG. 15, a cooling
도 16을 참조하면, 도 15에 도시된 실시예에 따른 액체 분리기(102)가 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 액체 분리기(102)는 대칭 패싯형 액체 분리기이다. 도시된 액체 분리기(102)는 복수의 스플래쉬 플레이트(splash plate; 105)와, 이 스플래쉬 플레이트(105)에 제공된 복수의 V자형 배플 요소(V-shaped baffle element; 106)를 포함한다. 배플 요소(106)는 수렴하는 패턴으로 배열되고, 채널(108)이 배플 요소(106) 사이에 형성된다. 배플 요소(106)는 액체 분리기(102)내에서의 반경방향을 따른 유동 부분을 제한한다. 파이프(110)는 각 채널(108)에 연결된다. 침지관과 흡출관 사이의 환형 통로를 빠져나가는 냉각된 합성가스는 액체 분리기(102)를 통과하도록 지향된다. 냉각된 합성가스는 관성력으로 인해 스플래쉬 플레이트(105)의 내측벽으로 지향된다. 배플 요소(106)는 냉각된 합성가스 스트림으로부터 액체 함유물을 분리하도록 구성된다. 다시 말해서, 액체 분리기(102)에서의 수렴하는 유동 부분 때문에, 합성가스 유동은 액체와 가스 사이의 밀도차로 인해 층을 이룬다. 가스상은 유동 성층화(flow stratification)로 인해 액체 분리기(102)내에서 반경방향을 따라 내측으로 변위된다. 액체 함유물은 배플 요소(106)상에 유착하는 경향이 있다. 제거된 혼입 액체 함유물은 채널(108)을 거쳐서 파이프(110)내로 배출된 후에 냉각 챔버내로 지향된다. 일부 실시예에 있어서, 배플 요소(106)는 스플래쉬 플레이트(105)의 표면에 수직으로 제공될 수 있다. 특정 다른 실시예에서는, 배플 요소(106)는 스플래쉬 플레이트의 표면에 대해 앙각으로 배치될 수 있다.Referring to FIG. 16, a
본 명세서에 기재된 실시예에 따르면, 스플래쉬 플레이트(105) 및 배플 요소(106)를 제공함으로써, 냉각된 합성가스 유동 속도를 감소시키고, 또한 액체 냉각제와 냉각 챔버의 출구 경로 사이의 가스 유로 거리를 증대시킬 수 있다. 이에 의해, 냉각 챔버내에서의 가스와 액체 냉각제 혼합물의 체류 시간을 증가시켜서 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물의 제거를 향상시킨다. 액체 분리기(102)를 빠져나가는 합성가스내에 혼입된 액체 함유물의 양은 반경방향 속도가 합성가스의 축방향 유동 속도보다 작을 때 감소된다. 일반적으로, 스플래쉬 플레이트(105) 및 배플 요소(106)는 냉각 챔버내에서의 합성가스의 유동에 대한 구불구불한 경로를 형성할 수 있다. 또한, 액체 분리기는 합성가스내에의 액체 함유물의 재혼입을 방지한다.According to the embodiments described herein, by providing the
도 17을 참조하면, 라운드형 액체 분리기(112)가 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 액체 분리기(112)는 비대칭 액체 분리기이다. 도시된 액체 분리기(112)는 복수의 V자형 배플 요소(114)를 포함한다. 배플 요소(114)는 수렴하는 패턴으로 배열되고, 채널(116)이 배플 요소(114) 사이에 형성된다. 본 명세서에서는, 배플 요소(114)는 라운드형 액체 분리기(112)에 균일하게 제공되지 않는다는 것에 주목하여야 한다. 배플 요소(114)는 액체 분리기(112)내에서의 반경방향을 따른 유동 부분을 제한한다. 파이프(118)는 각 채널(116)에 연결된다.Referring to FIG. 17, a
도 1 내지 도 17에 도시된 혼입 경감 메커니즘이 별도로 또는 서로 조합하여 채용될 수 있다. 더욱이, 알 수 있는 바와 같이, 혼입 경감 메커니즘의 상대 크기, 형상 및 기하학적 구조는 변경될 수 있다. 특정 실시예가 액체 분리기에 대칭 구조를 채용하고 있지만, 본 명세서에 있어서 비대칭 구조가 또한 특정 어플리케이션에 채용될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 예를 들면, 주어진 배열로부터 하나 이상의 핀을 제거함으로써, 여전히 액체 분리기의 기능성을 유지하면서 비용 절감을 달성할 수 있다. 혼입 경감 메커니즘은 초기 제조시에 냉각 챔버내에 채용될 수 있거나, 또는 혼입 경감 메커니즘은 기존의 냉각 유닛 및/또는 스크러버내에 개장(改裝)될 수도 있다. 또한, 혼입 경감 메커니즘은 특히 개선된 시스템 작동성 및 제어를 달성하기 위해 탄소질 연료의 타입, 시스템 효율, 시스템 부하, 또는 환경 조건 등의 작동 파라미터에 근거하여 조정될 수 있다.The mixing mitigation mechanisms shown in FIGS. 1 to 17 may be employed separately or in combination with each other. Moreover, as can be seen, the relative size, shape and geometry of the incorporation mitigation mechanism can be varied. Although certain embodiments employ symmetrical structures in liquid separators, it should be noted that asymmetrical structures may also be employed in certain applications herein. For example, by removing one or more fins from a given arrangement, cost savings can be achieved while still maintaining the functionality of the liquid separator. Incorporation abatement mechanisms may be employed in the cooling chamber at the time of initial manufacture, or incorporation abatement mechanisms may be retrofitted into existing cooling units and / or scrubbers. In addition, incorporation mitigation mechanisms can be adjusted based on operating parameters such as type of carbonaceous fuel, system efficiency, system load, or environmental conditions, in particular to achieve improved system operability and control.
상기 기재내용은, 최상의 모드를 포함하는 본 발명을 개시하는 예로서, 또한 임의의 장치 또는 시스템을 제조하고 이용하는 것 및 임의의 짜여진 방법을 수행하는 것을 포함하여 본 기술분야에 숙력된 자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하는 예를 사용한 것이다. 본 발명의 특허가능한 범위는 특허청구범위에 한정되어 있고, 본 기술분야에 숙련된 자에 의해 이루어지는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는, 특허청구범위의 문자적 표현이 다르지 않은 구조 요소를 구비하는 경우, 또는 특허청구범위의 문자적 표현이 약간 다른 동등 구조 요소를 포함하는 경우, 특허청구범위의 범위내에 있는 것으로 간주된다.The foregoing description is directed to those skilled in the art, including examples of disclosing the invention including the best mode, and also making and using any device or system and performing any interwoven method. We used an example to make it work. The patentable scope of the invention is defined in the claims, and may include other examples made by those skilled in the art. These other examples are considered to be within the scope of the claims if they include structural elements with different literal representations of the claims or if the literal representations of the claims contain slightly different equivalent structural elements. do.
본 명세서에서는 본 발명의 특정 특징만이 도시 및 설명되었지만, 많은 변형 및 변경이 본 기술분야에 숙련된 자에 의해 이루어질 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진정한 사상내에 있는 그러한 모든 변형 및 변경을 커버하고자 한다.Although only certain features of the invention have been shown and described herein, many variations and modifications will be made by those skilled in the art. Accordingly, the appended claims are intended to cover all such variations and modifications as fall within the true spirit of the invention.
10 : 가스화기 14 : 연소 챔버
16 : 냉각 챔버 32: 액체 냉각제
38 : 침지관 46 : 흡출관
50 : 환형 통로 52 : 출구 경로
54 : 액체 분리기 56: 변류기
58 : 핀 106, 114 : 배플 요소
108 : 채널10
16: cooling chamber 32: liquid coolant
38: dipping tube 46: draft tube
50: annular passage 52: exit path
54
58:
108: channel
Claims (10)
가연성 물질을 연소하여 합성가스를 생성하는 연소 챔버(14)와,
액체 냉각제(32)를 구비하고 상기 연소 챔버(14)의 하류에 배치된 냉각 챔버(16)와,
상기 연소 챔버(14)를 상기 냉각 챔버(16)에 연결하고, 액체 냉각제(32)와 접촉시켜서 냉각된 합성가스를 생성하도록 합성가스를 연소 챔버(14)로부터 냉각 챔버(16)로 지향시키도록 구성된 침지관(38)과,
상기 침지관(38)을 둘러싸서 배치되어 상기 침지관(38)과의 사이에 환형 통로(50)를 형성하는 흡출관(46)과,
상기 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)에 근접하여 배치되고, 상기 환형 통로(50)를 통해 출구 경로(52)로 지향된 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물을 제거하도록 구성된 비대칭 또는 대칭 액체 분리기(54)를 포함하는
가스화기.In the gasifier 10,
A combustion chamber 14 for combusting combustible materials to produce syngas;
A cooling chamber 16 having a liquid coolant 32 and disposed downstream of said combustion chamber 14,
Connect the combustion chamber 14 to the cooling chamber 16 and contact the liquid coolant 32 to direct the syngas from the combustion chamber 14 to the cooling chamber 16 to produce a cooled syngas. Configured dip tube 38,
A draft tube 46 disposed to surround the dip tube 38 to form an annular passage 50 between the dip tube 38;
An asymmetric or disposed a close proximity to the outlet path 52 of the cooling chamber 16 and configured to remove entrained liquid content from the cooled syngas directed to the outlet path 52 through the annular passage 50. Comprising a symmetrical liquid separator 54
Gasifier.
상기 냉각 챔버(16)는 가스화기(10)용 퀀칭 챔버를 포함하는
가스화기.The method of claim 1,
The cooling chamber 16 comprises a quenching chamber for the gasifier 10
Gasifier.
상기 냉각 챔버(16)는 스크러버를 포함하는
가스화기.The method of claim 1,
The cooling chamber 16 includes a scrubber
Gasifier.
상기 비대칭 또는 대칭 액체 분리기(54)는 상기 침지관(38)에 연결되고 상기 환형 통로(50)로부터의 냉각된 합성가스의 유동을 재지향시키도록 구성된 변류기(56)를 포함하는
가스화기.The method of claim 1,
The asymmetrical or symmetrical liquid separator 54 includes a current transformer 56 connected to the dip tube 38 and configured to redirect the flow of cooled syngas from the annular passage 50.
Gasifier.
상기 비대칭 또는 대칭 액체 분리기(54)는 상기 변류기(56)에 제공되고 상기 환형 통로(50)를 통해 출구 경로(52)로 지향된 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물을 제거하도록 구성된 복수의 핀(58)을 포함하는
가스화기.The method of claim 4, wherein
The asymmetrical or symmetrical liquid separator 54 is provided with the plurality of current transformers 56 and configured to remove entrained liquid content from the cooled syngas directed to the outlet path 52 through the annular passage 50. Including pin 58
Gasifier.
상기 비대칭 또는 대칭 액체 분리기(54)는 원추형상의 패싯형 또는 라운드형 분리기를 포함하는
가스화기.The method of claim 1,
The asymmetric or symmetric liquid separator 54 comprises a conical facet or round separator.
Gasifier.
상기 비대칭 또는 대칭 액체 분리기(54)는 상기 원추형상의 패싯형 또는 라운드형 분리기에 제공되고 상기 환형 통로(50)를 통해 출구 경로(52)로 지향된 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물을 제거하도록 구성된 복수의 배플 요소(106, 114)를 포함하는
가스화기.The method according to claim 6,
The asymmetrical or symmetrical liquid separator 54 is provided in the conical faceted or round separator to remove entrained liquid content from the cooled syngas that is directed through the annular passageway 50 to the outlet path 52. A plurality of baffle elements 106, 114 configured to
Gasifier.
상기 비대칭 또는 대칭 액체 분리기(54)는 서로 인접한 배플 요소(106, 114) 사이에 채널(108)을 포함하고, 상기 채널(108)은 제거된 혼입 액체를 배출하도록 구성되는
가스화기.The method of claim 7, wherein
The asymmetrical or symmetrical liquid separator 54 includes a channel 108 between the baffle elements 106 and 114 adjacent to each other, the channel 108 being configured to discharge the removed entrained liquid.
Gasifier.
가연성 물질을 연소하여 합성가스를 생성하는 연소 챔버(14)와,
액체 냉각제를 구비하고 상기 연소 챔버(14)의 하류에 배치된 냉각 챔버(16)와,
상기 연소 챔버(14)를 상기 냉각 챔버(16)에 연결하고, 액체 냉각제와 접촉시켜서 냉각된 합성가스를 생성하도록 합성가스를 연소 챔버(14)로부터 냉각 챔버(16)로 지향시키도록 구성된 침지관(38)과,
상기 침지관(38)을 둘러싸서 배치되어 상기 침지관(38)과의 사이에 환형 통로(50)를 형성하는 흡출관(46)과,
상기 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)에 근접하여 배치되고, 상기 환형 통로(50)를 통해 출구 경로(52)로 지향된 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물을 제거하도록 구성된 핀형의 비대칭 또는 대칭 액체 분리기(54)를 포함하는
가스화기.In the gasifier 10,
A combustion chamber 14 for combusting combustible materials to produce syngas;
A cooling chamber 16 having a liquid coolant and disposed downstream of said combustion chamber 14;
An immersion tube connected to the combustion chamber 14 to the cooling chamber 16 and configured to direct syngas from the combustion chamber 14 to the cooling chamber 16 to contact the liquid coolant to produce a cooled syngas. 38,
A draft tube 46 disposed to surround the dip tube 38 to form an annular passage 50 between the dip tube 38;
Fin-shaped disposed near the outlet path 52 of the cooling chamber 16 and configured to remove entrained liquid content from the cooled syngas directed through the annular passage 50 to the outlet path 52. Comprising an asymmetric or symmetric liquid separator 54
Gasifier.
가연성 물질을 연소하여 합성가스를 생성하는 연소 챔버(14)와,
액체 냉각제를 구비하고 상기 연소 챔버(14)의 하류에 배치된 냉각 챔버(16)와,
상기 연소 챔버(14)를 상기 냉각 챔버(16)에 연결하고, 액체 냉각제와 접촉시켜서 냉각된 합성가스를 생성하도록 합성가스를 연소 챔버(14)로부터 냉각 챔버(16)로 지향시키도록 구성된 침지관(38)과,
상기 침지관(38)을 둘러싸서 배치되어 상기 침지관(38)과의 사이에 환형 통로(50)를 형성하는 흡출관(46)과,
상기 냉각 챔버(16)의 출구 경로(52)에 근접하여 배치되고, 상기 환형 통로(50)를 통해 출구 경로(52)로 지향된 냉각된 합성가스로부터 혼입된 액체 함유물을 제거하도록 구성된 비대칭 또는 대칭의 패싯형 또는 라운드형 액체 분리기(54)를 포함하는
가스화기.In the gasifier 10,
A combustion chamber 14 for combusting combustible materials to produce syngas;
A cooling chamber 16 having a liquid coolant and disposed downstream of said combustion chamber 14;
An immersion tube connected to the combustion chamber 14 to the cooling chamber 16 and configured to direct syngas from the combustion chamber 14 to the cooling chamber 16 to contact the liquid coolant to produce a cooled syngas. 38,
A draft tube 46 disposed to surround the dip tube 38 to form an annular passage 50 between the dip tube 38;
An asymmetric or disposed a close proximity to the outlet path 52 of the cooling chamber 16 and configured to remove entrained liquid content from the cooled syngas directed to the outlet path 52 through the annular passage 50. Comprising a symmetric faceted or round liquid separator 54
Gasifier.
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A201 | Request for examination | ||
E601 | Decision to refuse application |