KR20110065963A - 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기는 원료인 미분탄이 공기 또는 질소 등의 수송용 기체에 의하여 공급되는 원통형의 미분탄 분배 용기(10)와, 상기 미분탄과 수송용 기체를 상기 미분탄 분배 용기(10)에 수직으로 공급하도록 상기 미분탄 분배 용기(10)의 상부에 부착된 공급라인(20)과, 상기 공급된 미분탄과 수송용 기체를 상기 미분탄 분배 용기(10)에서 다수로 분기하여 수직으로 배출하도록 상기 미분탄 분배 용기(10)의 하부에 부착된 복수의 분기라인(30)과, 공기 또는 질소의 분사기체를 상기 미분탄 분배 용기(10)에 공급된 미분탄에 분사함으로써, 공급된 미분탄이 선회류에 의해 상기 복수의 분기라인(30)으로 균일하게 분배되도록 상기 미분탄 분배 용기(10)내에 선회력을 부여하는 제트류 분사 수단(40)을 포함한다.

본 발명에 의하면, 하나의 미분탄 균일 분배기를 이용하여 각 버너에 균일한 연료를 공급함으로써, 연소용 보일러 또는 연료 생산용 석탄 가스화기내에서의 화염을 공간적으로 또는 시간적으로도 균일하게 하여 시스템의 안정적인 운전 및 플랜트 수명을 연장할 수 있고, 전체 플랜트의 건설비를 감소할 수 있는 효과를 가진다.

가스화기, 보일러, 미분탄, 제트류, 분기라인, 균일 분배

Description

선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기{PNEUMATIC TRANSPORTING PULVERIZED COAL DISTRIBUTOR USING SWIRL ZET STREAM}

본 발명은 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 본류에서 다수개의 지류로 나누어져서 공급되는 미분탄을 선회를 동반하는 제트류를 이용하여 각각의 지류로 균일하게 공급하여 미분탄을 연료 또는 원료로 사용하는 공정의 운전 안정성 및 효율성을 증진시킬 수 있는 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기에 관한 것이다.

일반적으로 미분탄을 원료로 사용하는 석탄가스화 공정 등의 화학공정에서의 반응기 또는 미분탄을 연료로 사용하는 화력발전소의 화로에는 다수개의 미분탄 유입구가 설치되어 있으며, 각각의 미분탄 유입구로 미분탄을 균일하게 공급하여 줄 필요성이 있는 경우가 대부분이다. 이때 대부분의 공정에서 미분탄은 질소 또는 공기와 같은 이송용 기체에 의하여 수송된다. 미분탄을 각각의 미분탄 유입구에 정량 공급하기 위한 보편적인 방법으로서 화력발전소 같은 경우에는 각각의 유입구에 스크류 공급기와 같은 미분탄 공급 시스템을 설치하여 미분탄을 공급하고 있다. 이 경우에는 하나의 플랜트에 다수 개의 미분탄 공급기를 설치하게 됨으로써 건설비가 증가하는 요인이 되고 있다.

이에 따라 건설비를 감소시키고자 하는 목적 또는 설치 장소의 한계가 있는 경우 등에서는 하나의 본류에서 공급된 미분탄을 분배기에 의하여 본류에서 공급된 이송용 기체와 미분탄을 분배기를 통하여 공급하는 기술을 채택할 수 있는데, 하나의 본류에서 공급된 이송용 기체와 미분탄은 기하학적 형상의 대칭성에 의하여 다수 개의 지류로 균일하게 분배되어 최종적으로 반응기 또는 화로로 유입되게 된다. 이러한 기술에서 본류를 형성하는 수송용 기체 내에 미분탄 입자가 균일하게 분포되어 있는 경우에는 균일하게 분배하고자 하는 목적을 충분히 달성할 수 있다.

일 예로서 "Gasifier Injector"의 발명의 명칭으로 출원된 미국특허공개 제20060242907호에 의하면, 석탄 가스화기의 상부에 하나의 본류에서 공급되는 미분탄을 다수의 분기관으로 분리하여 석탄 가스화기 내부로 공급한다. 하나의 본류에서 수송용 기체와 함께 수직 하방향으로 내려온 미분탄은 원통형 용기로 유입한 후에 기학적으로 대칭으로 형성된 내부의 형상에 의하여 다수 개의 지류 분기관으로 균일하게 분배된다. 각 지류 분기관으로 균일하게 분배된 미분탄은 각각의 지류 분기관 하부에 하나씩 있는 새로운 2차 원통형 용기로 유입하고 동일한 원리인 기하학적 형상의 대칭성에 의하여 각각의 지류는 다시 다수개의 2차 지류를 형성하여 미분탄을 균일하게 분배하여, 미분탄을 원료 또는 연료로 사용하는 장치로 공급한다.

하지만, 이 공개특허의 경우에는 하나의 본류로부터 다수개의 지류로 미분탄 을 균일하게 공급하기 위하여 분배기의 하부에 기학적으로 다수개의 대칭 형상을 지니는 출구를 설치한 분배 용기를 이용하고 있다. 이러한 장치에서는 미분탄을 이송하는 본류의 배관의 모든 단면에서 미분탄이 균일하게 분포되어 있는 경우에는 각 지류로 미분탄을 아주 균일하게 분배할 수 있다. 그러나 미분탄이 이송되는 과정에서 수평 방향(중력과 수직 방향)의 배관 길이가 길면 미분탄 입자가 수평관의 아래 방향으로 치우치게 되어 관로의 아래 부분에 입자의 농도가 높아지게 되고, 관로의 방향이 급히 변경되는 곡관 영역이 존재하는 경우에는 수송용 기체와 미분탄 입자의 관성력의 차이로 인하여 미분탄 입자의 분포가 불균일해지는 경향을 지니게 된다. 이와 같이 미분탄 이송 관로의 설치에 있어서 수평 방향의 관로 존재 또는 관로의 방향이 급히 변경되는 영역의 존재로 인하여 본류의 각 단면에서 미분탄 입자의 분포가 불균일한 경우에는 미분탄 분배용기의 기하학적 대칭 형상만으로는 각 지류로 균일한 양으로 미분탄을 분배하기가 어려워지는 단점을 지니고 있다.

하지만, 이러한 종래의 가스화기는 미분탄 입자의 밀도가 수송용 기체의 밀도보다 상당히 큰 특성 때문에 수송용 기체와 미분탄 입자가 진행하는 관로의 방향이 바뀌는 경우 또는 방향이 바뀌지 않더라도 수평 방향의 길이가 긴 경우에는 관로의 전 단면에서 미분탄 입자의 분포가 특정 방향으로 편중하여 불균일하게 분포할 가능성을 내포하고 있다. 이렇게 본류의 수송용 기체 내에 미분탄 입자의 분포 가 균일하지 않은 경우에는 다수개의 지류로 미분탄을 균일한 량으로 공급하고자 하는 목적의 달성이 어려워지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 보완하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 기하학적 대칭 형상을 가지는 미분탄 분배 용기의 측면에서 용기의 중심과 이격 각도를 지니는 방향으로 강한 제트류를 분사시킴으로써 특정 단면에 미분탄 입자의 농도가 높은 경우에도 이를 균일하게 만들어 줄 수 있으며, 이와 동시에 제트류가 용기의 중심과 이격 각도를 지님으로 인하여 미분탄 이송용 기체에 선회력을 부여하게 되어 미분탄 입자가 선회류에 의하여 수송용 기체에 균일하게 분포하게 됨에 따라 결과적으로 미분탄 분배 용기 하단부에 설치된 각 지류에 수송용 기체와 미분탄이 도달하는 시점에는 전 단면에 미분탄 입자의 분포가 균일하게 되어 각 지류로 동일한 양의 미분탄을 공급할 수 있는 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기는 원료인 미분탄이 수송용 기체에 의하여 공급되는 미분탄 분배 용기와, 상기 미분탄과 수송용 기체를 상기 미분탄 분배 용기에 공급하도록 부착된 공급라인과, 상기 공급된 미분탄과 수송용 기체를 상기 미분탄 분배 용기에서 다수로 분기하여 배출하도록 부착된 복수의 분기라인과, 상기 미분탄 분배 용기에 공급된 미분탄에 분사함으로써, 공급된 미분탄이 선회류에 의해 상기 복수의 분기라인으로 균일하게 분배되도록 상기 미분탄 분배 용기내의 미분탄 입자에 선회력을 부여하는 제트류 분사 수단을 포함한다.

본 발명에 있어서, 제트류 분사 수단은 미분탄 분배 용기의 측면에 등간격으로 이격되어 설치되는 복수의 제트류 분사관으로 이루어지되, 제트류 분사관의 각각은 미분탄 분배 용기의 동일 단면에서 단면의 중심과 일정한 각도를 이루는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 미분탄 균일 분배기를 이용하여 각 버너에 균일한 연료를 공급하게 됨에 따라 연소용 보일러 또는 연료 생산용 석탄 가스화기내에서의 화염을 공간적으로 또는 시간적으로도 균일하게 하여 시스템의 안정적인 운전 및 플랜트 수명을 연장할 수 있고, 또한 대부분의 시스템에서 각각의 버너로 동일한 양을 공급하기 위하여 버너의 각각마다 미분탄 공급 장치를 구비하고 있었으나, 이를 대체하여 하나의 분배기로 미분탄을 균일하게 공급하게 됨에 따라 전체 플랜트의 건설비를 감소할 수 있는 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기의 구성을 나타내고 있고, 도 2는 도 1의 A-A선을 따라 취한 단면을 나타내 고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기는 원료인 미분탄이 공기 또는 질소 등의 수송용 기체에 의하여 공급되는 원통형의 미분탄 분배 용기(10)와, 상기 미분탄과 수송용 기체를 상기 미분탄 분배 용기(10)에 수직으로 공급하도록 상기 미분탄 분배 용기(10)의 상부에 부착된 공급라인(20)과, 상기 공급된 미분탄과 수송용 기체를 상기 미분탄 분배 용기(10)에서 다수로 분기하여 수직으로 배출하도록 상기 미분탄 분배 용기(10)의 하부에 부착된 복수의 분기라인(30)과, 공기 또는 질소의 분사기체를 상기 미분탄 분배 용기(10)에 공급된 미분탄에 분사함으로써, 공급된 미분탄이 선회류에 의해 상기 복수의 분기라인(30)으로 균일하게 분배되도록 상기 미분탄 분배 용기(10)내에 선회력을 부여하는 제트류 분사 수단(40)을 포함한다.

도 2는 미분탄 분배 용기(10)의 단면 A-A를 나타내고 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 제트류 분사 수단(40)은 미분탄 분배 용기(10)의 측면에 등간격으로 이격되어 설치되는 복수의 제트류 분사관(42)으로 이루어지며, 이때 복수의 제트류 분사관(42)은 공급라인(20)의 직경에 비해 작으며, 미분탄 분배 용기(10)의 동일 단면에 4개가 설치되며, 각각 미분탄 분배 용기(10)의 원형 단면의 중심과 일정한 각도를 이루고 있다. 이와 같이 각각의 제트류 분사관(42)을 통해 추가의 분사 기체가 미분탄 분배 용기(10)에 분사되어 유입됨에 따라 공급라인(20)을 통해 공급되는 수송용 기체의 속도는 감소하게 되는데, 미분탄 분배 용기(10)의 측면에서 추가의 분사 기체가 직경이 작은 복수의 제트류 분사관(42)을 통하여 분사되면, 각각의 제트류 분사관(42)이 미분탄 분배 용기(10)의 원형 단면의 중심과 일정한 각도를 이루고 있으므로, 원통형의 미분탄 분배 용기(10) 내에는 선회류가 형성되며, 이에 의해 상부의 공급라인(20)을 통해 공급되어 하부로 떨어지는 미분탄 입자가 불균일하게 분포되어 있는 경우에도, 미분탄 입자가 미분탄 분배 용기(10) 내에서 선회류에 의하여 균일하게 분배되어 다수 개의 분기라인(30)으로 분배된다.

이상과 같은 본 발명의 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기를 적용함으로써 미분탄 분배기 내에서 미분탄 입자가 균일하게 혼합되어 각각의 분기라인(30)으로 균일하게 공급되는 지의 여부를 확인하기 위하여 전산해석 방법을 적용하여 공급라인(20)을 통해 공급되는 수송용 기체에 의하여 상부에서 공급되는 미분탄이 도 3과 같이 분리된 입구에서 공급되어 불균일한 상태로 하강한다고 가정한 상태에서 해석을 수행하여 보았다.

그 결과, 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 제트류 분사가 없는 경우에는 미분탄 입자들이 아래 방향으로 직선 방향의 유동을 하는 반면에, 제트류 분사가 있는 경우에는 선회력에 의하여 미분탄 분배 용기(10) 내에서 선회를 하면서 혼합이 되는 모습을 보여주고 있다.

또한 표 1에서는 제트류 분사가 없는 경우에는 가상적으로 설정한 아래의 4개의 분기라인(30)의 각각의 출구에 불균일하게 분배되어 나가는 반면에, 제트류 분사가 있는 경우에는 미분탄 입자가 상부에서 불균일하게 분포되어 하강하는 경우에도 상당히 균일해져서 각각의 출구로 배출되는 것을 알 수 있다.

표 1 본 발명의 효과를 검증하기 위한 전산해석 결과

유입위치	Inlet 2 & 6		Inlet 8 only		Inlet 3, 4, 7, 8		Inlet 1, 4, 5
계산조건 지류위치	w/o jet	with jet	w/o jet	with jet	w/o jet	with jet	w/o jet	with jet
Outlet 1(지류 1)	24.8%	23.1%	21.3%	25.7%	18.9%	25.0%	25.4%	25.9%
Outlet 2(지류 2)	14.9%	24.4%	45.0%	22.4%	31.1%	27.1%	28.5%	24.7%
Outlet 3(지류 3)	24.6%	27.1%	22.2%	24.1%	30.8%	22.8%	22.9%	24.9%
Outlet 4(지류 4)	35.7%	25.4%	11.5%	27.8%	19.2%	25.1%	23.2%	24.5%
Sum	100%	100%	100%	100%	100%	100%	100%	100%

이와 같은 해석 결과 및 분사된 제트류가 특정 부위에 집중된 입자들을 분산시킬 수 있다는 개념을 생각할 때에 본 발명에 의하여 하나의 공급라인(20)에서 다수개의 분기라인(30)으로 미분탄 입자를 균일하게 분배할 수 있을 것으로 판단할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 미분탄 분배 용기(10)에 선회력을 동반하는 제트류를 분사하여 상부의 공급라인(20)을 통해 공급된 미분탄 입자의 분포가 특정 단면에서 농도가 높아 불균일하게 존재하는 경우에도 다수개의 분기라인(30)에 수송용 기체와 미분탄이 도달하는 시점에는 미분탄 분배 용기(10) 하부의 전체 단면에서 미분탄 입자의 분포가 균일하게 되어 각각의 분기라인(30)으로 미분탄이 균일하게 공급됨에 따라 미분탄을 연료 또는 원료로 사용하는 공정의 운전 안정성 및 효율성을 증가시키게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기의 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명 의 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 본 발명의 일 실시예에 따른 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기의 구성을 나타내는 개략도이고,

도 2는 도 1의 A-A선을 따라 취한 단면도이고,

도 3은 본 발명의 미분탄 분배기 내에서 미분탄 입자가 균일하게 혼합되어 각각의 분기라인으로 균일하게 공급되는 지의 여부를 확인하는 전산해석 방법을 적용하고자 분배기의 상부를 가상의 입구로 분리한 개념도이고,

도 4는 제트류가 없는 경우, 미분탄 입자들이 아래 방향으로 직선 방향 유동하는 상태를 나타내고, 제트류가 있는 경우, 선회력에 의하여 분배 용기 내에서 선회를 하면서 혼합이 되는 상태를 나타내는 도이다.

<도면의 주요부에 대한 부호의 설명>

10 : 미분탄 분배 용기 20 : 공급라인

30 : 분기라인 40 : 제트류 분사 수단

42 : 제트류 분사관

Claims (2)

1. 선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기에 있어서,

   원료인 미분탄이 수송용 기체에 의하여 공급되는 미분탄 분배 용기와,

   상기 미분탄과 수송용 기체를 상기 미분탄 분배 용기에 공급하도록 부착된 공급라인과,

   상기 공급된 미분탄과 수송용 기체를 상기 미분탄 분배 용기에서 다수로 분기하여 배출하도록 부착된 복수의 분기라인과,

   상기 미분탄 분배 용기에 공급된 미분탄에 분사함으로써, 공급된 미분탄이 선회류에 의해 상기 복수의 분기라인으로 균일하게 분배되도록 상기 미분탄 분배 용기내의 미분탄 입자에 선회력을 부여하는 제트류 분사 수단을 포함하는

   선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제트류 분사 수단은

   상기 미분탄 분배 용기의 측면에 등간격으로 이격되어 설치되는 복수의 제트류 분사관으로 이루어지되,

   상기 제트류 분사관의 각각은 상기 미분탄 분배 용기의 동일 단면에서 단면의 중심과 일정한 각도를 이루는

   선회 제트류를 이용한 기류 수송 미분탄 분배기.

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