KR20110005340A - 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐(20)은 그 중앙에 형성된 원형홀(2)을 통해 미분탄과 질소를 공급하며, 원형홀(2)의 외측에 서로 소정 간격을 두고 동심으로 형성된 복수의 공급홀(14)을 통해 산소와 스팀이 공급되며, 각각의 공급홀(14)의 유입구와 유출구들이 소정의 각도°를 가지도록 경사지게 연통되어 있으므로, 유출구를 통해 유출되는 산화제가 선회유동하게 되며, 이에 따라 원형홀(2)을 통해 유출되는 미분탄과의 간섭이 방지되어 미분탄과 산화제의 믹싱효율이 높아지며, 결국 미분탄이 안정적으로 공급된다. 또한 공급홀(14)이 그 유입구쪽 단면적보다 유출구쪽 소정길이의 단면적이 좁아지도록 연통됨에 따라 노즐 끝단에서의 공급홀(14)의 단면적이 점차 축소됨에 따라 산화제의 공급 시 노즐 끝단에서의 순간 출구 속도가 증가되어 운전 중 미반응된 탄소성분이 노즐 끝단에 부착되는 문제가 방지되어 노즐의 수명이 연장되는 효과를 가진다.

미분탄, 분체 시료, 공급, 선회, 노즐

Description

고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐{High Temperature, High Pressure Pulverized Sample Supplying Swirl Nozzle}

본 발명은 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 길이의 선회구간을 구성하여 미분탄의 공급시 선회의 강도를 증가시킴으로써 강한 선회 유동을 형성하여 미분탄과 산화제의 믹싱효율을 높이고 간섭을 줄여 미분탄 공급의 안정성을 극대화시킬 수 있는 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 미분탄 버너는 일종의 고온, 고압 조건의 석탄화 가스화 시스템에 이용되는 연소장치로서, 화석연료의 일종인 석탄을 분쇄기로 갈아 50메시(mesh) 정도로 미세화시킨 미분탄을 예열한 1차공기와 함께, 배풍기(排風機)에 의해서 화로로 보낸 다음 2차공기와 함께 화로에서 뿜어 넣어서 부유(浮游)상태로 연소시키는 장치이다.

이러한 미분탄 버너의 예로서, 한국특허 제10-0372144호(등록일 2003.1.30)에 개시된 미분탄버너에는 미분탄과 1차 공기를 혼합하여 화로로 공급하는 미분탄 노즐을 구성하여 미분탄과 1차 공기의 혼합도 및 화로내 체류시간의 증가에 의한 완전 연소를 통해 공해물질을 저감시키고 있다.

이와 같은 고온, 고압 조건의 석탄 가스화 시스템에 있어서 미분탄을 석탄 가스화기로 안정적으로 공급하는 것이 중요한 요소이며, 이는 미분탄 노즐의 영향도 매우 크다.

도 1 및 도 2에는 종래의 전형적인 미분탄 노즐을 나타내고 있는 바, 도시된 바와 같이 종래의 미분탄 노즐(10)은 그 중앙에 원형홀(2)을 구성하고, 이를 통해 미분탄과 질소를 공급하고, 노즐 끝단의 원형홀(2)의 외측으로는 노즐의 중앙을 향하여 좁아지도록 구성된 공급홀(4)을 통해 산화제인 산소와 스팀을 공급하고 있다. 이러한 종래의 미분탄 노즐(10)은 원형홀(2)과 공급홀(4)이 전체적으로 도넛 형태를 이루지만(도 1), 이에 더하여 원형홀(2)의 접선에서 시계 또는 반시계방향으로 연장형성되는 선회부재(6)가 공급홀(4)에 형성됨에 따라 공급되는 산화제에 선회효과를 주고 있다(도 2).

도 1의 경우, 중앙의 원형홀(2)을 통해 공급되는 미분탄과 질소가 원형홀(2) 외측의 공급홀(4)을 통해 공급되는 산소와 접촉하여 믹싱하게 되는데, 이때 미분탄과 산화제가 불규칙한 간섭에 의해 믹싱 효과가 크게 나타나지 않는 결점이 있고, 또한 노즐 끝단의 산화제가 공급되는 공급홀(4)에 선회부재(6)를 부가구성하는 도 2의 경우에는 공급되는 유량에 강한 선회를 주지 못해서 원할한 믹싱이 이루어지지 못하며, 이에 의해 반응성이 떨어지게 되어 결과적으로 미연탄소분이 노즐 끝단에 부착되는 현상이 발생되고, 부착된 미연탄소분이 미분탄과 산화제의 유동을 방해하는 요인이 되는 문제가 있다.

한편 특허에 개시되어 있는 노즐로서, 한국특허 제 10-0669658호(등록일 2007.1.9)에 개시된 순환 유동층 보일러용 유동화 노즐은 내부 접선방향으로 노즐을 구성함으로서, 공기유입구로부터 노즐 홀 출구까지의 압력손실을 저감하고 유동화 공기공급장치에서 소모되는 전력을 절감시킬 수 있는 동시에, 노즐 하부의 유동정체를 해소시켜 국부적 과열 및 역류를 방지하고 있다. 또한 한국특허 제 10-0432802호(등록일 2004.5.13)에 개시된 미분탄 분리기가 장착된 미분탄 연소용 노즐은 1차 공기 및 미분탄의 혼합기를 노즐 내부에서 각각의 유로를 변경하여 출구로 분사되는 미분탄의 농도를 변경함으로서 타탄종 연소 및 연소공기의 다양한 운전모드에 부응하여 최적의 연소를 구현하고 있다.

하지만, 이들 특허에 개시된 노즐 역시 공급되는 유량에 강한 선회를 주지 못해서 원활한 믹싱이 이루어지지 못하며, 또한 미연탄소분이 노즐 끝단에 부착되는 현상이 발생되고, 부착된 미연탄소분이 미분탄과 산화제의 유동을 방해하는 요인이 되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이상과 같은 문제점들을 해소하고자 안출된 것으로, 그 목적은 일정 길이의 선회구간에 의해 미분탄의 공급시 선회 강도가 증가되어 강한 선회 유동을 형성함으로써 미분탄과 산화제의 믹싱효율을 높이고 간섭을 줄여 미분탄 공급의 안정성을 극대화시킬 수 있는 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐을 제공하는 것이다.

또한 본원의 다른 목적은 미분탄과 질소가 공급되는 노즐 중앙에서 외측으로 공급되는 산화제 공급홀을 다양한 형태의 모양을 가지는 다수의 홀들을 경사지게 연통하도록 구성함으로서 산화제 공급시 동심원을 형성하여 반응효율을 증가시키고, 산화제가 공급되는 출구 속도를 증가시키도록 구성하여 미반응된 탄소성분이 노즐 끝단에 부착되는 것을 방지하는 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐은 미분탄과 질소를 공급하도록 중앙에 형성된 원형홀과, 산소와 스팀을 공급하도록 상기 원형홀의 외측에 서로 소정 간격을 두고 동심으로 형성된 복수의 공급홀을 형성하되, 상기 각 공급홀의 유입구와 유출구들은 소정의 각도를 가지도록 연통되어 상기 공급홀로부터 유출되는 산화제에 선회유동이 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 공급홀은 그 유입구쪽 단면적보다 유출구쪽 소정길이의 단면적이 좁아지도록 연통되며, ○, △, ▽, □, ◇,

,

,

의 형태에 따른 성능을 감안하여 여러 기타의 고온 고압 반응 공정에 적용한다.

본 발명에 의하면, 산화제 공급홀이 경사지게 연통되어 있으므로, 산화제가 강하게 선회되면서 공급됨에 따라 미분탄과의 믹싱효율이 높아지며, 결국 공급 및 반응의 안정성을 확보하며, 노즐 끝단에 구성되는 공급홀의 경사각에 따른 변화를 확인하여 기타 다른 공정에서 사용되는 유동선회에 적용이 가능하고, 동심으로 배열된 다양한 산화제 공급홀의 형태에 따른 성능을 확인하여 여러 다른 고온, 고압 반응 공정에 적합한 형태로 적용가능하고, 또한 노즐 끝단부근에서 미연탄소 성분이 부착되는 현상이 방지됨에 따라 노즐의 수명이 연장되는 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예의 동작을 상세하게 설명한다. 도면 중, 종래와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하였고, 설명의 편의상 상세한 설명은 생략하였다.

도 3은 본 발명의 미분탄 공급노즐을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐(20)은 그 중앙에 형성된 원형홀(2)을 통해 미분탄과 질소를 실선의 화살표의 방향으로 공급하며, 원형홀(2)의 외측에 서로 소정 간격을 두고 동심으로 형성된 4개의 공급홀(14)을 통해 점선의 화살표 방향으로 산소와 스팀이 공급되며, 공급되는 미분탄과 산화제의 출구속도는 공급되는 유량에 따라 결정된다. 도 3에서 공급홀(14)을 4개로 한정하였으나, 여러 다른 고온, 고압 반응 공정의 상황에 따라 적절한 수로 선택할 수 있음은 물론이다.

각각의 공급홀(14)은 도 4에 도시된 바와 같이 그 유입구와 유출구들이 소정의 각도, 예를 들어 5°, 10°, 15°를 가지도록 경사지게 연통되어 있으므로, 유출구를 통해 유출되는 산화제가 선회유동하게 되며, 이에 따라 원형홀(2)을 통해 유출되는 미분탄과의 간섭이 방지되어 미분탄과 산화제의 믹싱효율이 높아지며, 결국 미분탄이 안정적으로 공급된다. 이러한 본 발명의 공급홀(14)의 구성, 즉 공급 홀(14)의 유입구와 유출구들 각각의 경사각에 따른 변화를 확인하면, 기타 다른 공정에서 사용되는 선회유동에도 적용이 가능하다. 도 4에 있어서, 공급홀(14)의 유출구를 통해 유출되는 산화제가 반시계방향으로 선회유동하고 있지만, 유입구와 유출구가 반대로 경사지도록 연통시키면 비록 도시하지는 않았지만, 시계방향으로 선회유동되는 것임은 물론이다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이 공급홀(14)은 그 유입구쪽 단면적보다 유출구쪽 소정길이의 단면적이 좁아지도록 연통되는 것이 바람직하다. 즉, 노즐 끝단에서의 공급홀(14)의 단면적이 점차 축소됨에 따라 산화제의 공급 시 노즐 끝단에서의 순간 출구 속도가 증가되어 운전 중 미반응된 탄소성분이 노즐 끝단에 부착되는 문제가 방지된다.

한편, 도 3 및 4에 있어서, 공급홀(14)은 그 유입구 및 유출구의 형태로서, ◇ 의 형태를 하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, ○, △, ▽, □,

,

,

의 형태를 취할 수 있으며, 이들 형태별 혼합 성능에 따라 기타 다른 고온, 고압 반응 공정의 상황에 맞는 형태로 적용하여 사용할 수 도 있다.

이상과 같이, 본 발명의 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐은 산화제를 공급하는 공급홀들의 유입구와 유출구를 소정의 각도로 경사지게 연통시키는 간단한 구성으로 산화제의 선회유동을 생성하여 미분탄과 산화제와의 간섭 방지 및 믹싱효율을 향상함으로써 미분탄을 안정적으로 공급한다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐은 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정 되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래의 전형적인 미분탄 공급노즐의 구성을 나타내는 개략도이고,

도 2는 노즐의 끝단에 선회수단이 부착된 종래의 미분탄 공급노즐의 구성을 나타내는 개략도이고,

도 3은 본 발명의 미분탄 공급노즐을 나타내는 사시도이고,

도 4는 도 3의 미분탄 공급노즐에서 강한 선회 유동이 형성됨을 설명하는 개략도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>

2 : 원형홀 4, 14 : 공급홀

6 : 선회부재 20 : 선회 노즐

Claims (3)

1. 고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐에 있어서,

   미분탄과 질소를 공급하도록 중앙에 형성된 원형홀과,

   산소와 스팀을 공급하도록 상기 원형홀의 외측에 동심으로 서로 소정 간격을 두고 형성된 복수의 공급홀을 형성하되,

   상기 각 공급홀의 유입구와 유출구들은 소정의 각도를 가지도록 연통되어 상기 공급홀로부터 유출되는 산화제에 선회유동이 발생하는 것을 특징으로 하는

   고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공급홀은 그 유입구쪽 단면적보다 유출구쪽 소정길이의 단면적이 좁아지도록 연통되는

   고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐.
3. 제1항에 있어서,

   상기 공급홀은 ○, △, ▽, □, ◇,

   

   ,

   

   ,

   

   의 형태인 것을 특징으로 하는

   고온, 고압 분체 시료 공급용 선회 노즐.

Images