KR20120113833A

KR20120113833A - 스파지 파이프가 설치되어 있는 유동층 반응기

Info

Publication number: KR20120113833A
Application number: KR1020110031453A
Authority: KR
Inventors: 최영태
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-16
Also published as: KR101265760B1

Abstract

본 발명은 유동층 반응기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유동층 반응기 내부의 층물질의 온도를 단시간에 승온시키고, 유동층 반응기내의 가스 및 층물질(bed material)이 고체연료 공급부로 역류되는 것을 방지하고, 생성되는 가스의 조성을 제어하기 위하여 유동층 연소기(fluidized bed combustor), 고체연료 공급부 또는 유동층 가스화기(fluidized bed gasifier)에 스파지 파이프(sparge pipe)가 설치되어 있는 유동층 반응기(fluidized bed reactor)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유동층 반응기를 이용하면 유동층 연소기 내부의 온도를 단시간에 승온시킬 수 있고, 유동층 반응기내의 층물질이 고체연료 공급부로 역류되는 것을 방지할 수 있으며, 유동층 가스화기의 온도를 단시간에 승온시키거나 생성되는 가스의 조성을 용이하게 제어할 수 있으므로, 우드칩(wood chip), 톱밥, 왕겨 등의 다양한 바이오매스, 석탄 및 폐기물로부터 연료용 가스를 생산하는데 유용하다.

Description

스파지 파이프가 설치되어 있는 유동층 반응기{Fluidized Bed Reactor Mounted with Sparge Pipes}

본 발명은 유동층 반응기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유동층 반응기 내부의 층물질의 온도를 단시간에 승온시키고, 유동층 반응기내의 층물질(bed material)이 고체연료 공급부로 역류되는 것을 방지하고, 생성되는 가스의 조성을 제어하기 위하여 유동층 연소기(fluidized bed combustor), 고체연료 공급부, 유동층 가스화기(fluidized bed gasifier)에 스파지 파이프(sparge pipe)가 설치되어 있는 유동층 반응기(fluidized bed reactor)에 관한 것이다.

유동층(fluidized bed)은 입자지름이 일정한 크기 분포를 갖는 분립체를 용기에 넣고, 그 하부에 설치된 다공판 등의 가스분산판(gas distributor)을 통하여 가스 를 주입하면, 유속이 작을 때에는 입자가 정지되어 있는 고정층 상태이지만, 유속이 어느 정도 이상이 되면, 입자에 가해지는 유동저항과 중력이 같아져서, 분립체는 마치 끓는 액체처럼 손쉽게 유동할 수 있는 상태가 된다. 이 현상이 유동화(fluidization)이며, 이 상태의 층이 유동층이다.

유동층에서는 용기 내의 입자가 거의 균일하게 혼합되어, 입자와 유체의 접촉이 좋고 온도조절이 용이하여, 간단한 장치로 다량의 분립체를 연속적으로 처리하여 그 일부를 빼내거나 공급할 수가 있다. 그러나 미세한 입자들이 유체를 따라 비말 손실되거나 장치가 이자들에 의해 마모되는 단점이 있다.

유동층 장치는 층내의 고체 입자들과 가스 사이의 양호한 접촉이 요망되는 다수의 공정들에서 사용된다. 그 예들은 열교환, 혼합 및 건조, 비균질 촉매와의 반응 및 고체입자와 가스사이의 직접 반응이다. 유동층 원리는 고체입자들이 하부로 부터 공급된 유동화 가스에 의해 영향을 받는 것으로 간단히 설명될 수 있다. 이런 상태에서 각 입자들은 층내에서 자유롭게 이동되어 혼합이 잘 이루어지며, 입자들과 주입된 가스 사이에 큰 접촉 효과가 얻어진다.

최근 유동층 반응기는 입자와 가스의 우수한 접촉효과로 인하여 저급의 고체연료도 사용이 가능하여 다양한 종류의 고체연료 사용이 가능하며, 반응기 내부의 층물질에 의한 양호한 열전달이 얻어질 수 있다는 장점으로 인하여, 고체 연료용 연소 및 가스화 장치에 관련해서 많은 연구가 이루어지고 있다.

그러나, 종래의 유동층 반응기는 내부로 공급되는 바이오매스, 석탄, 폐기물 등의 고체연료가 점화될 수 있도록 반응기 내부의 층물질(bed material)의 온도를 점화온도(ignition temperature)까지 승온시키는데 오랜 시간을 기다려야 하고, 유동층 반응기 내부의 물질들이 고체연료 공급부로 역류되는 경우가 발생되어 연속적으로 고체연료를 공급하지 못하며, 유동층 가스화기의 경우에는 생성되는 가스의 조성을 쉽게 제어하기 어려운 문제점이 있었다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, (a) 유동층 반응로의 내부에 스파지 파이프를 통하여 보조연료를 공급할 경우, 유동층 연소기내의 온도를 빠른 시간에 승온시킬 수 있고, (b) 고체연료 공급부의 하부에 설치되어 있는 스파지 파이프 및 일 측면에 설치된 가스 주입구에 가스를 공급할 경우, 유동층 반응기 내부의 가스나 고체 물질 등이 고체연료 공급부로 역류됨이 없이, 고체연료를 반응기 내부로 원활하게 공급할 수 있으며, (c) 가스화 반응 전에 유동층 가스화기에 설치되어 있는 스파지 파이프를 통하여 기체 및 액체 상태의 보조연료를 공급하면 유동층 가스화기의 온도를 단시간에 승온시킬 수 있고, 가스화 반응중에 스파지 파이프에 스팀을 주입하면 생성되는 가스의 조성을 보다 쉽게 제어할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 유동층 반응기 내부의 층물질의 온도를 단시간에 승온시킬 수 있는 유동층 반응기 및 이의 점화방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 유동층 반응기 내부의 물질들이 고체연료 공급부로 역류되는 것을 방지할 수 있는 유동층 반응기 및 스파지 파이프(sparge pipe)의 가스공급과 가스 주입구의 에어레이션(aeration)를 이용한 연속적인 고체연료 공급 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유동층 가스화로의 내부의 층물질의 온도를 단시간에 승온시킬 수 있고, 생성되는 가스의 조성을 보다 쉽게 제어할 수 있는 유동층 반응기 및 유동층 가스화기의 운전방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유동층 반응로에 스파지 파이프(sparge pipe)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기를 제공한다.

본 발명은 또한, 유동층 반응기의 유동층 반응로에 공급되는 연료의 초기 점화를 위해 상기 스파지 파이프에 보조 연료를 공급함으로써 유동층 반응로의 온도를 빠른 시간내에 승온시키는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기의 점화방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 스파지 파이프가 설치되어 있는 유동층 가스화기의 운전방법에 있어서, 가스화 반응 전에는 상기 스파지 파이프에 보조연료를 공급함으로써 유동층 가스화로 내부의 온도를 빠른 시간내에 승온시키고, 상기 유동층 가스화로 내부의 온도가 설정된 가스화 반응온도 이상이 되면 보조 연료 공급을 중단하고 상기 스파지 파이프에 스팀을 공급하는 것을 특징으로 하는 유동층 가스화기의 운전방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 유동층 반응기에 고체연료를 공급하는 고체연료 공급부에 있어서, 하부에 가스 공급용 스파지 파이프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체연료 공급부를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 고체연료 공급부에 설치되어 있는 스파지 파이프에 가스를 공급함으로써, 고체연료 공급부의 고체연료 하강부에서 하강된 고체연료를 다시 고체연료 상승부에서 상승시켜 유동층 반응로 내부로 원활하게 공급하는 것을 특징으로 하는 고체연료 공급 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 하부에 가스 공급용 스파지 파이프가 설치되어 있는 고체연료 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기를 제공한다.

본 발명에 따른 유동층 반응기를 이용하면 유동층 반응로 내부의 온도를 단시간에 승온시킬 수 있고, 유동층 반응로내의 층물질이 고체연료 공급부로 역류되는 것을 방지할 수 있으며, 유동층 가스화기의 온도를 단시간에 승온시키거나 생성되는 가스의 조성을 제어할 수 있으므로, 우드칩, 톱밥, 왕겨 등의 다양한 바이오매스, 석탄 및 폐기물 등으로 부터 연료용 가스를 생산하는데 유용하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 반응기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 반응기에 설치되는 스파지 파이프의 설명도이다.

본 발명에서는 유동층 반응로에 스파지 파이프를 설치하고, 액체연료를 공급할 경우, 유동층 반응로내의 온도를 단시간에 승온시킬 수 있다는 것을 확인하고자 하였다.

본 발명의 일 실시예 에서는 유동층 반응로에 다수의 분사홀이 형성되어 있는 스파지 파이프(sparge pipe)가 설치되어 있는 유동층 반응기를 이용하여 초기 점화시 스파지 파이프를 통하여 액체연료를 공급하였다. 그 결과, 유동층 반응로의 층물질(모래)의 온도가 약 6~8시간 내에 500~600℃로 승온되는 것을 확인할 수 있었다. 유동층 반응로에 스파지 파이프를 통한 보조연료의 직접연소 방법을 사용하지 않고, 가스분산판을 통한 외부에서 고온의 가스 주입에 의한 층물질(bed material)의 온도를 600℃ 이상으로 승온시키는 통상의 경우는 약 24~48시간이 걸리지만, 상기의 보조연료를 사용하여 반응로내에서의 직접연소 방법을 병행하는 경우는 약 6~10시간 정도가 소요된다.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, 유동층 반응로에 스파지 파이프(sparge pipe)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유동층 반응기의 구성도를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유동층 반응기는 통상의 유동층 반응기의 반응로에 스파지 파이프가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 통상의 유동층 반응기는 고체연료가 투입되는 호퍼(10); 투입된 고체연료가 이송되는 스크류(screw) 또는 콘베어 벨트conveyer belt) 형태의 고체연료 이송장치(20); 고체연료 공급부(30); 고체연료 주입부(50); 내부의 층물질(bed material)의 유동화에 의한 물리적 및 화학적 작용이 일어나는 반응로(60); 싸이클론(70)을 포함하는데, 상기 반응로로는 그 기능에 따라서 연소로, 열교환로, 건조로, 가스화로, 열분해로, 혼합로 등이 있고, 상기 반응로의 종류에 따라서 반응기를 연소기, 열교환기, 건조기, 가스화기, 열분해기, 혼합기 등으로 칭하고 있다.

반응로에 설치된 스파지 파이프는 보조연료 또는 스팀을 유동층에 공급하기 위한 것으로, 보조연료 또는 스팀을 별도의 추가설비 없이 동일한 스파지 파이프(42)를 이용하여 공급할 수 있다.

상기 스파지 파이프(42)는 유동층 반응로(60) 내부의 가로길이 및 세로길이 및 높이의 공간을 고려하여 스파지 파이프의 길이 및 개수를 결정하여 설치될 수 있다.

상기 스파지 파이프(42)는 주입되는 보조연료 또는 스팀을 유동층 반응로의층물질에 고르게 공급하기 위하여 일반적으로 1개를 설치하지만, 반응로의 공간이 큰 경우에는 상하 또는 좌우 일정한 간격으로 2개 이상 설치할 수 있다.

유동층 반응로(60)에 가스분산판(80)이 있을 경우, 스파지 파이프(42)는 가스분산판(80)의 상부에 설치되는 것이 바람직하며, 층물질 전체에 고르게 보조연료 또는 스팀을 공급하기 위하여 통상 초기의 층물질 높이보다 아래에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 스파지 파이프(42)는 다수의 분사홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분사홀의 위치는 스파지 파이프에 공급되는 물질이 유동층 반응기 내부의 층물질에 고르게 분사되도록 파이프의 일 방향으로 일정간격 형성(도 2의 A)되거나, 상하좌우 일정한 간격으로 형성(도 2의 B)될 수 있다. 이때, 상기 스파지 파이프에 공급되는 연료의 유량은 유동층 연소로의 하부에서 공급되는 공기의 유량에 따라 결정되며, 연료와 공기의 비율은 과잉 공기비(excess air ratio)가 1.1 ~ 1.5 정도로 유지되도록 공급되는 것이 바람직하다.

상기 스파지 파이프에 형성된 분사홀의 지름은 층물질의 평균 입자크기의 3~6배 정도가 바람직하다. 상기 분사홀의 지름이 너무 적은 경우는 과도한 압력강하 및 반응로 내부 손상의 문제가 발생할 수 있고, 반대로 너무 큰 경우는 층물질이 파이프 내부로 침투하여 파이프의 막힘 현상이 초래될 수 있다.

상기 분사홀의 수는 상기의 정해진 홀의 크기와 홀에서의 분사속도 범위 내에서 결정할 수 있다.

상기 스파지 파이프는 유동층 반응로 외부 벽면으로부터 수평방향으로 유동층 반응로를 관통하여 플랜지나 나사식의 연결방법으로 설치되며, 안정적으로 설치될 수 있는 한 다른 결합방법으로 체결되어도 무방하다.

본 발명에 따른 유동층 반응기는 유동층 반응로의 내부 온도를 확인할 수 있도록 온도센서(92)를 더욱 포함할 수 있고, 미리 설정한 온도 이상으로 유동층 반응로의 온도가 상승된 경우, 연료의 공급을 중단시키는 제어부(90)를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 보조연료는 기체 또는 액체 상태의 연료를 이용할 수 있으나, 보다 안전하게 이용할 수 있는 액체연료를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 액체연료로는 관을 통하여 공급이 용이하고, 연소가 쉽게 되며, 발열량이 높은 등유, 경유 등을 예시할 수 있다.

또한, 본 발명에서 이용되는 고체연료는 연소 및 가스화가 가능한 우드칩, 석탄, 폐기물, 다양한 바이오매스 및 부산물 등을 예시할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 발명은 다른 관점에서, 유동층 반응기의 유동층 반응로에 공급되는 연료의 초기 점화를 위해 상기 스파지 파이프에 보조 연료를 공급함으로써 유동층 반응로의 온도를 빠른 시간내에 승온시키는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기의 점화방법에 관한 것이다.

상기 보조 연료는 유동층 내부의 온도가 점화온도 이상이 되면 공급이 자동으로 중단되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 반응로 내부에 설치되어 있는 온도센서(92)와 연료공급을 조절하는 제어부(90)에 의하여 수행된다.

고체연료의 점화온도는 사용되는 고체연료의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 우드칩이나 석탄 등의 고체연료의 경우는 유동층의 온도가 약 500~600℃가 되면, 고체연료가 충분히 점화될 수 있으며, 상기 온도에 도달하면 유동층 반응로에 있는 온도센서(92)가 이를 감지하고, 제어부(90)에 신호를 보내면 제어부는 연료의 공급을 중단할 수 있다. 상기 고체연료 점화온도에 도달하면, 고체연료가 반응로 내부로 지속적으로 공급된다.

한편, 본 발명에서는 상기 유동층 반응기가 유동층 가스화기인 경우, 별도의 설비를 추가하지 않고도, 가스화 반응 전에 스파지 파이프로 보조연료를 공급시, 유동층 가스화기의 온도를 단시간에 승온시킬 수 있고, 가스화 반응중에 스파지 파이프에 스팀을 주입시, 가스의 조성을 쉽게 제어할 수 있다는 것을 확인하고자 하였다.

본 발명의 일 실시예에서는 고체연료가 투입되는 호퍼(10); 투입된 고체연료가 이송되는 스크류(screw) 또는 콘베어 벨트conveyer belt) 형태의 고체연료 이송장치(20); 고체연료 공급부(30); 고체연료 주입부(50); 내부의 층물질(bed material)의 유동화에 의한 물리적 및 화학적 작용이 일어나는 가스화로를 포함하는 통상적인 유동층 가스화기에 스파지 파이프(42)를 설치하고, 가스화 반응 전에는 액체연료를 공급하였다. 그 결과, 상기의 유동층 반응로의 경우와 같이 약 6~10시간 내에 가스화로의 온도가 가스화 온도인 600℃ 이상에 도달하는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명은 다른 관점에서 스파지 파이프가 설치되어 있는 유동층 가스화기의 운전방법에 있어서, 가스화 반응 전에는 상기 스파지 파이프에 보조연료를 공급함으로써 유동층 가스화로 내부의 온도를 빠른 시간내에 승온시키고, 상기 유동층 가스화로 내부의 온도가 설정된 가스화 반응온도 이상이 되면 보조 연료 공급을 중단하고 상기 스파지 파이프에 스팀을 공급하는 것을 특징으로 하는 유동층 가스화기의 운전방법에 관한 것이다.

상기 보조연료는 기체 또는 액체 상태의 연료를 이용할 수 있으나, 보다 안전하게 이용할 수 있는 액체연료를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 액체연료로는 관을 통하여 공급이 용이하고, 연소가 쉽게 되며, 발열량이 높은 등유, 경유 등을 예시할 수 있다.

본 발명에 따른 가스의 조성을 제어하는 방법을 이용할 경우, 통상적으로 이용되는 공기 이외에 스팀을 공급함으로써, 스팀에 의한 가스화 반응이 일어나서 생성되는 가스의 조성을 공기 단독에 의한 가스화의 경우보다 쉽게 제어할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 유동층 반응로(60)에 고체연료를 공급하는 고체연료 공급부(30)의 하부에 가스 공급용 스파지 파이프(40)를 설치하고, 스파지 파이프(40)를 통해 가스를 공급할 경우, 유동층 반응로(60)내의 층물질이나 고체연료가 고체연료 공급부(30)로 역류되는 것을 방지할 수 있다는 것을 확인하고자 하였다.

본 발명의 일 실시예에서는 고체연료가 투입되는 호퍼; 고체연료 이송장치; 고체연료 공급부; 고체연료 주입부; 유동층 연소로를 포함하는 통상적인 유동층 반응기의 고체연료 공급부 하부에 다수의 홀이 형성되어 있는 스파지 파이프를 설치하고, 고체연료 공급시 가스를 공급하였다. 그 결과, 유동층 연소로내의 고체연료가 고체연료 공급부로 역류되는 것을 방지함으로써, 연속적으로 고체연료를 유동층 연소기로 공급할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서, 유동층 반응로(60)에 고체연료를 공급하는 고체연료 공급부(30)에 있어서, 하부에 가스 공급용 스파지 파이프(40)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체연료 공급부에 관한 것이다.

통상적으로 고체연료 공급부는 역류방지를 위하여 위어(weir)가 설치되어 있거나, J자 모양의 형태를 띠고 있으나, 유동층 반응기 작동중에 유동층 연소로로 공급되었던 고체연료가 고체연료 공급부로 역류(backflow)되어, 고체연료 공급부를 막음으로써, 고체연료의 공급이 연속적으로 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 고체연료 공급부(30)는 상기 유동층 반응로(60)와 고체연료 주입부(50)으로 연결되어 있고, 유동층 반응로(60)의 내부 압력에 의해 고체연료 주입부로 유동층 반응로의 가스나 층물질이 역류되는 현상을 방지하기 위한 기밀(sealing) 구조로 되어 있으며, 고체연료 하강부(A)에서 고체연료가 브릿지(bridge) 현상없이 원활하게 하강되도록 고체연료 공급부의 일 측면에 일정한 간격으로 가스 주입구(32)가 설치되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 상기 고체연료 공급부는 스크류(screw) 또는 콘베어 벨트(conveyer belt) 형태의 고체연료 이송장치(20)로부터 고체연료를 공급받는 고체연료 하강부(A)와 공급받은 고체연료를 유동층 연소로로 공급하기 위한 고체연료 상승부(B)로 물리적으로 구분할 수 있는데, 상기 가스 주입구(32)는 상기 고체연료 하강부(A)의 일 측면에 설치되어 있고, 상기 스파지 파이프(40)는 고체연료 공급부 내에 유동화 속도의 조절을 위해 상기 고체연료를 공급 받는 고체연료 하강부(A) 및 고체연료를 유동층 반응로로 공급하기 위한 고체연료 상승부(B)의 하부에 설치될 수 있다. 스파지 파이프는 고체연료 하강부(A)와 고체연료 상승부(B)에 각각 설치하거나 1개의 스파지 파이프를 길게하여 설치할 수 있다.

1개의 스파지 파이프를 길게 설치할 경우에는 스파지 파이프의 분사홀의 수를 조절함으로써, 고체연료 하강부(A)와 고체연료 상승부(B)의 가스의 유속 또는 유량을 조절할 수 있다.

상기 스파지 파이프는 외부에서 수평방향으로 고체연료 공급부를 관통하여 설치되며, 고체연료 공급부와 스파지 파이프는 나사식 및 플랜지 형태의 결합으로 체결될 수 있으나, 안정적으로 설치될 수 있는 한 다른 결합방법으로 체결되어도 무방하다.

상기 스파지 파이프에서 공급되는 가스의 유속은 공급되는 고체연료에 따라 달라지며, 고체연료 공급부내의 가스속도는 최소유동화속도(minimum fluidizing velocity)의 약 1~1.5배 정도가 바람직하나, 고체연료 상승부는 고체연료가 위어의 상부에 도달하여 유동층 반응기 내부로 공급되도록 유속을 증가시킬 수 있다. 상기 가스의 속도가 최소유동화속도 이하인 경우는 고체연료의 흐름이 원활하지 못하여 공급관의 막힘현상이 발생하는 문제가 있다.

상기 가스 주입구 및 스파지 파이프로 주입되는 가스는 공기를 이용할 수 있으나, 유동층 반응기의 특성에 따라 산소공급이 문제가 되는 가스화기의 경우에는 질소(N₂)나 이산화탄소(CO₂) 가스 등을 사용할 수 있다.

본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 가스 공급용 스파지 파이프가 설치되어 있는 고체연료 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기에 관한 것이다.

상기 유동층 반응기는 반응기 내부의 층물질(bed material)의 유동화에 의한 물리적 및 화학적 작용이 일어나는 연소기, 열교환기, 건조기, 가스화기, 열분해기 또는 혼합기일 수 있다.

상기 유동층 반응기는 유동층 반응로에 스파지 파이프(sparge pipe)가 설치되어 있지 않아도 무방하나, 스파지 파이프가 설치되어 있을 경우, 앞서 기재한 바와 같이, 반응로의 초기 점화온도를 단시간에 승온시키거나, 가스의 조성을 제어할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 가스 공급용 스파지 파이프가 설치되어 있는 고체연료 공급부의 스파지 파이프에 가스를 공급함으로써, 고체연료 공급부 하부로 하강된 고체연료를 다시 상승시켜 유동층 반응로 내부로 원활하게 공급하는 것을 특징으로 하는 고체연료 공급 방법에 관한 것이다.

즉, 고체연료 이송장치로부터 고체연료를 공급받는 구역(A)의 일측면에 설치되어 있는 가스 주입구에서 가스를 주입함으로써, 고체연료의 브릿지(bridge) 현상 없이 고체연료 공급부 하부로 고체연료를 원활하게 하강시키고, 고체연료 하강부(A) 및 고체연료 상승부(B) 하부에 설치되어 있는 스파지 파이프에 가스를 차등적으로 공급함으로써, 고체연료 공급부 하부로 하강되어 있던 고체연료를 고체연료 상승부(B)의 위어(weir) 상부로 상승시켜 고체연료 주입부(50)를 통하여 유동층 반응로로 원활하게 공급시킨다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

10: 고체연료가 투입되는 호퍼 20: 고체연료 이송장치
30: 고체연료 공급부 32: 가스 주입구
40, 42:스파지 파이프 50: 고체연료 주입부
60: 유동층 반응로 70: 싸이클론
80: 가스분산판 90: 제어부
92: 온도센서

Claims

유동층 반응로에 스파지 파이프(sparge pipe)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
제1항에 있어서, 상기 유동층 반응기는 반응기 내부의 층물질(bed material)의 유동화에 의한 물리적 및 화학적 작용이 일어나는 연소기, 열교환기, 건조기, 가스화기, 열분해기 및 혼합기로 이루어진 군에서 선택되는 장치인 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
제1항에 있어서, 상기 스파지 파이프는 보조연료 또는 스팀을 공급하기 위한 것임을 특징으로 하는 유동층 반응기.
제1항에 있어서, 상기 스파지 파이프는 다수의 분사홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
제1항에 있어서, 상기 스파지 파이프는 파이프의 휘어짐이나 정해진 위치에서의 이탈을 방지하기 위하여 지지대에 의하여 지지되고, 파이프 끝단은 나사식 결합으로 체결되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
제1항의 유동층 반응기의 유동층 반응로에 공급되는 연료의 초기 점화를 위해 상기 스파지 파이프에 보조 연료를 공급함으로써 유동층 반응로의 온도를 빠른 시간내에 승온시키는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기의 점화방법.
제6항에 있어서, 상기 보조 연료는 유동층의 온도가 점화온도 이상이 되면 공급이 자동으로 중단되는 것을 특징으로 하는 방법.
스파지 파이프가 설치되어 있는 유동층 가스화기의 운전방법에 있어서,
가스화 반응 전에는 상기 스파지 파이프에 보조연료를 공급함으로써 유동층 가스화로 내부의 온도를 빠른 시간내에 승온시키고, 상기 유동층 가스화로 내부의 온도가 설정된 가스화 반응온도 이상이 되면 보조 연료 공급을 중단하고 상기 스파지 파이프에 스팀을 공급하는 것을 특징으로 하는 유동층 가스화기의 운전방법.
유동층 반응로에 고체연료를 공급하는 고체연료 공급부에 있어서,
하부에 가스 공급용 스파지 파이프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체연료 공급부.
제9항에 있어서, 상기 고체연료 공급부는 상기 유동층 반응로와 고체연료 주입부로 연결되어 있고, 유동층 반응로의 내부 압력에 의해 고체연료 주입부로 유동층 반응로의 가스나 층물질이 역류되는 현상을 방지하기 위한 기밀(sealing) 구조로 되어 있으며, 고체연료 이송장치로부터 고체연료가 브릿지(bridge) 현상없이 원활하게 하강되도록 고체연료 공급부의 일 측면에 일정한 간격으로 가스 주입구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체연료 공급부.
제9항 또는 제10항의 고체연료 공급부에 설치되어 있는 스파지 파이프에 가스를 공급함으로써, 고체연료 공급부 하부로 하강된 고체연료를 다시 상승시켜 유동층 반응로 내부로 원활하게 공급하는 것을 특징으로 하는 고체연료 공급 방법.
제9항 또는 제10항의 고체연료 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
제12항에 있어서, 상기 유동층 반응기는 유동층 반응로에 스파지 파이프(sparge pipe)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.