KR20130069579A

KR20130069579A - 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치

Info

Publication number: KR20130069579A
Application number: KR1020127027377A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 하커; 슈테판 하멜; 에베르하르트 쿠스케
Original assignee: 티센크루프 우데 게엠베하
Priority date: 2010-04-24
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2013-06-26
Also published as: RU2573031C2; WO2011131323A1; US20130036954A1; DE102010018108A1; AU2011244675B2; CA2796508A1; BR112012027247A2; UA107014C2; RU2012149795A; CN102858924A; AU2011244675A1; EP2563882A1; TW201201911A; ZA201208749B; CN102858924B

Abstract

본 발명은 가스화 반응기 안에서의 고체 연료의 열적 전환에 있어서 저장 용기로부터의 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치에 관한 것이며, 이때 상기 저장 용기는 배출콘을 갖추고 있다. 본 발명에 따르면, 필수적인 과잉 기체량이 감소될 수 있으며, 그리고 버너 라인들의 디커플링을 없애지 않고, 각각의 버너 라인을 위한 별도의 배출콘들이 생략될 수 있다. 이는 배출콘 (1) 이 적어도 일부 영역들에서 기체 투과성 벽 영역 (6, 6'), 및고 버너들로 이어지는 적어도 2 개의 고체 배출 라인 (15) 을 갖추고 있음으로써 달성된다.

Description

미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치 {DEVICE FOR SUPPLYING A PLURALITY OF BURNERS WITH FINE-GRAINED FUEL}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 기재되어 있는 종류의, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.

상승된 압력하에서 고체 연료, 예컨대 여러 가지 석탄, 토탄, 수소화 찌꺼기, 잔여물, 쓰레기, 바이오매스, 플라이 애시 또는 상기 언급된 물질들의 열적 전환시, 정상 압력 및 주위 조건하에 저장되어 있는 이용 재료들을 압력 반응기 안으로의 수송을 가능하게 하기 위해 상기 열적 전환의 압력 레벨로 데려가야 하는 필요성이 존재한다. 가능한 열적 방법들은 예컨대 유동층 또는 분류층 방법에 따른 압력 연소 또는 압력 가스화일 수 있다.

버너들로 운반하기 위한, 저장 용기로부터의 미세립 연료의 투여 (dosing) 는 최적의 가스화 작동을 위한 조건이다.

투여 가능성은 저장 용기가 유동층과 비슷하게 유동화되는 것이다 (EP 0 626 196 A1/DE 41 08 048 A1). 이 변형은 한편으로는 유동화 (fluidization) 를 위한 보다 많은 양의 기체가 필요해지고, 다른 한편으로는 수송관 안으로의 출구에서의 압력이 유동층의 특성에 의해 결정된다는 단점을 가진다. 유동화 상태와 유동층 높이는 출구 압력에 바로 영향을 미친다. 불균일한, 즉 예컨대 기포를 형성하는 유동화에 관한 것이면 추가적으로 압력/밀도 변동이 발생하며, 상기 변동은 출구 압력 및 출구 질량 유량에 영향을 미친다.

용기로부터의 고체 배출을 가능하게 하기 위한 그 밖의 가능성은 벌크재 특성을 고려하여 원뿔형 유출 지오메트리를 제공하는 것이다. 콘 (cone) 으로부터의 고체 유출은 콘벽들 (cone walls) 을 통한 또는 상기 콘벽들에서의 기체 첨가를 통해 도움을 받을 수 있고 (US 2006/0013660, US 4 941 779), 이때 다공성 요소들을 통하여 배출콘 (discharge cone) 에 기체가 공급된다. 기체량은 일반적으로 유동화를 위해 필요한 양보다 적고, 하지만 벌크재의 벽마찰을 없애기에 및/또는 브리지 형성을 위한 국부적인 부착물들을 저지하기에 충분하다. 이때, 기술한 바와 같이 고체는 충전층으로부터 인출된다 (DE 10 2008 012 731 A1, DE 10 2008 014 475 A1).

수송 라인 안으로, 또는 상기 수송 라인의 바로 시작부에서의 용기 콘 유출부 안으로 기체를 첨가함으로써, 가능한 한 일정한 고체 흐름 밀도를 설정하고자 한다.

상기 마지막 방법은 미세립 연료가 대기압력에서 뿐만 아니라 높은 압력들에서도 핸들링되어야만 하는 상기 기술된 가스화 시설들 안에서의 바람직한 변형이다. 이때, 필요해진 기체량은 완전한 유동화와는 달리 제한되며, 그리고 동시에 기계적 내부 구조물이 생략된다.

큰 시설 성능에 있어서, 대개는 각각의 버너 라인 (burner line) 을 위해 자기 자신의 배출콘이 제공된다. 큰 고체 인출 흐름에 있어서, 콘을 통한 배출을 보장하기 위해 공급되어야 하는 기체량은, 밀집상 흐름 안의 수송 밀도를 조절하기 위해 필요한 기체 첨가량보다 훨씬 적으며, 따라서 고체에는, 예컨대 콘의 아래에서 기체가 그 밖의 밀집상 흐름 수송을 위해 첨가되어야 한다. 이 이외에, 일반적으로 용기 안의 추가적인 기체가 압력 유지를 위해 필요해진다.

본 발명의 목적은 필수적인 과잉 기체량을 감소시키는 것이며, 그리고 버너 라인들 (burner lines) 의 디커플링 (decoupling) 을 없애지 않고, 각각의 버너 라인을 위한 별도의 배출콘들을 생략할 수 있도록 하는 것이다.

이 목적은, 도입부에 설명되어 있는 유형의 장치에 있어서, 본 발명에 따르면 청구항 제 1 항의 특징부를 통해 달성된다.

배출콘의 기체 투과성 벽 영역들을 통해, 수송되어야 하는 미세립 연료의 이완이 긍정적으로 영향을 받는 것을 알아볼 수 있으며, 이때 동시에 각각의 버너들로 이어지는 다수의 고체 라인에 연료가 채워넣어질 수 있다.

본 발명의 구현형태들은 종속항들에 나타나 있다. 이에 따르면, 특히 고체 배출 라인들 (solids discharge lines) 은 상기 콘 (cone) 안에 중력 방향으로 상기 기체 투과성 벽면들의 아래에 제공되어 있을 수 있다. 이 조치를 통해, 상응하여 이완된 연료를 버너 라인들 각각에 채워넣을 수 있는 것이 보장된다.

콘벽 (cone wall) 의 설계는 매우 다양하게 실행될 수 있다. 본 발명에 따른 장치들 중 하나에 따르면, 상기 기체 투과성 벽면들은 다 함께 상기 배출콘의 원추대 모양의 요소의 벽면을 형성한다.

또한, 보다 나은 조립, 및 손상이 발생할시 경우에 따라서는 보다 나은 교체가능성을 보장하기 위해, 본 발명에 따르면 상기 배출콘은 서로 연결되어 있는 다수의 요소, 특히 원추대 모양의 요소들로 형성되어 있다.

본 발명이 마찬가지로 제공하는 바와 같이, 상기 콘이, 적어도 일부 영역들에서 기체 투과성 폐쇄 바닥을 갖추고 있으면 목적에 부합하는 것으로 증명되었다.

그 밖의 구현형태에서, 본 발명에 따르면 미세립 연료를 위한 저장 용기에는, 소결 금속 (sintered metal), 다공 박판 (perforated sheet metal) 등등으로 만들어진 기체 투과성 내벽을 가진 원추대 모양의 이중벽 요소가 바로 할당되어 있을 수 있고, 이때 전체 콘을 위한 이러한 유형의 구조는 그 자체가 위에서 이미 언급된 US 2006/0013660 에 공지되어 있다.

또한, 고체 배출을 마찬가지로 쉽게 하도록 하고 최적화하기 위해, 본 발명에 따르면, 상기 고체 배출 라인들은 상기 콘의 수직축에 대해 중력 방향으로 아래로 향해 있는 90°미만의 각도를 가질 수 있으며, 이때 이러한 유형의 구현형태를 이룰 가능성은 상기 고체 배출 라인들이 할당된 콘벽 (cone wall) 에 대해 직각으로 배치되어 있도록 하는 것이다.

연료에 따라, 폐쇄 바닥에, 내부에 놓여 있는 교반 장치가 할당되어 있으면 목적에 부합할 수 있다. 내부에 놓여 있는 이러한 유형의 교반 장치는 일련의 장점을 가진다. 상기 교반 장치는 기계적 이완을 통해 유동화를 돕는데 쓰일 수 있으며, 유동화된 또는 이완된 고체 밀도의 균일화를 가능하게 하고, 기체 공급시 발생할 수 있는 기포들을 감소시키기 위해 작용할 수 있다.

그 밖의 구현형태에서, 본 발명에 따르면 상기 폐쇄 바닥 및/또는 중력 방향으로 상기 배출콘의 하부 영역은, 특히 상기 콘 내부에서 고체를 이완시키기 위한 매체 공급 라인들 (media supply lines) 을 갖추고 있다. 이 구현형태를 갖고, 본래의 연료에 첨가제들, 예컨대 애시 용해 거동에 영향을 주는 물질들, 예컨대 광물성 유기 물질들, 애시 (ashes), 슬래그 (slag) 등등을 투여하는 것이 가능하고, 상기 슬래그는 리사이클링될 수 있다.

본 발명의 그 밖의 상세 내용들, 특징들 및 장점들은 하기의 설명 및 도면을 근거로 나타나 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 배출콘의 개략적인 단면도,
도 2 및 도 3 은 배출콘의 2 개의 설계변형을 나타내는, 도 1 안의 화살표 II/III 에 따른 평면도들,
도 4 및 도 5 는 배출콘 설계의 2 개의 변형을 나타내는, 도 1 에 따른 도면들이다.

도 1 에 도시되어 있는 배출콘 (discharge cone, 1) 은 제조 기술적인 면에서 바람직하게는 세그먼트들로 나뉘어져 있으며, 유동화 영역을 형성하는 내부콘 (inner cone, 2) 과 고체 배출 영역 (3) 과 콘 바닥 (4) 으로 구성되어 있다. 상기 배출콘은 본 발명에 따르면 하나의 부품으로서 (여기에 도시되어 있지 않음) 설계되어 있을 수도 있고, 상기 부품은 본 발명에 따른 특성을 가진다.

상기 유동화 영역은 내압성 외부 재킷 (5) 과, 그 안에 놓여 있는 내부콘 (2) 과, 유동화 매체 공급부 (7) 와, 두 마운팅 플랜지 (mounting flange, 8a, 8b) 로 이루어져 있다.

마운팅 플랜지 (8a) 를 통하여, 배출콘 (1) 은 도면들에 도시되어 있지 않은 고체 용기와 연결되어 있다. 내부콘 (2) 의 벽은 유동화 매체를 위한 투과성 벽 영역 (wall region, 6) 으로서 설계되어 있으며, 그리고 수직선에 대한 또는 중력 방향 (화살표 "g") 에 대한 개방 각도는 각도α₁ 에 의해 표현된다.

유동화 매체 공급부 (7) 를 통해 흐르는 유동화 매체 (화살표 9) 는 외부 재킷 (5) 과 내부콘 (2) 사이에 형성된 유동화 매체 분배 공간 (10) 안에서 분배된다. 그곳으로부터, 상기 유동화 매체는 상응하여 내부콘 (2) 의 기체 투과성 영역들을 통해 흐른다. 중력을 이용해 위로부터 배출콘 (1) 안으로 들어가는 고체는 (화살표 11) 공급된 유동화 매체에 의해 내부콘 (6) 에서 이완되고, 그리고 유동화 매체 영역 (2) 의 아래에 이어지는 고체 배출 영역 (3) 안으로 흐른다.

고체 배출 영역 (3) 은 두 마운팅 플랜지 (12, 13) 와, 수직선에 대한 개방 각도 (α₂) 를 가진 콘벽 (14) 과, 고체 배출 라인 (15) 들로 구성되어 있다. 마운팅 플랜지 (12) 를 통하여, 고체 배출 영역 (3) 은 배출콘 (1) 의 유동화 영역의 마운팅 플랜지 (8b) 와 연결되어 있다. 이완된 고체는 고체 배출 영역 (3) 안으로 들어가며, 그리고 이 실시예에서 도 1 에 도시되어 있는 2 개의 고체 배출 라인 (15) 을 통하여 인출된다.

예컨대 배출콘 (1) 의 높이를 변화시키기 위해, 각각의 콘벽들 (cone walls) 의 개방 각도 (α₁, α₂) 는 크기가 서로 다를 수 있다.

마운팅 플랜지 (13) 를 통하여, 고체 배출 영역 (3) 은 콘 바닥 (4) 의 마운팅 플랜지 (16) 와 연결되어 있다. 콘 바닥 (4) 은 추가적인 유동화 매체 공급부 (17) 를 갖고 있다. 유동화 매체는 (화살표 9a) 는 콘 바닥 (4) 의 기체 분배 장치 (18) 를 통해 고체 배출 영역 (3) 안으로 도입될 수 있다. 기체 분배 장치 (18) 는 도 1 에 바람직하게는 중앙에 배치된 노즐로서 도시되어 있으며, 이로 인해 브리지들 (bridges) 또는 봉쇄가 이완되고, 원하는 영역 안으로 수송되어야 하는 기체/고체 혼합물의 밀도가 조절될 수 있다.

기체 분배 장치 (18) 는 예컨대 바닥 안의 하나 또는 다수의 다공성 요소들, 다공 분배기 또는 다중 노즐 배열체로서 설계되어 있을 수도 있다. 상기 변형들 중 어느 것이 이용되는가는 개별 경우에서 수송되어야 하는 고체의 벌크재 특성 (bulk material characteristics) 에 의해 결정적으로 정해진다.

도 2 는 고체 배출 라인 (15) 들을 위한 3개의 출구와, 중앙에 바닥에 배치된 기체 분배 장치 (18) 와, 내부콘 (6) 을 가진 본 발명의 실시예의 개략적인 평면도를 나타내며, 상기 내부콘은 이 예에서 완전히 유동화 매체를 위한 투과성 재료로 형성되어 있다. 마운팅 플랜지 (8a) 를 통하여, 배출콘 (1) 은 나사결합을 통하여 용기 유출부에 고정된다.

도 3 은 도 2 와 마찬가지로 본 발명의 실시예의 개략적인 평면도를 나타내며, 내부콘 (6') 이 일부 세그먼트들에서만 유동화 매체을 위한 투과성 재료로 이루어져 있다는 차이를 가진다. 수송되어야 하는 재료의 벌크재 특성이 허용하는 한, 감소된 투과적 표면을 통해, 공급되어야 하는 기체량이 계속하여 감소될 수 있다.

바람직한 실시에서, 내부콘 (6) 의 비투과성 영역들은 강 (steel) 또는 고급강으로 제조되며, 그리고 예컨대 용접을 통해 투과성 표면들 (소결 금속으로 구성되어 있음) 과 연결된다. 이때, 안정적인 고체 공급을 보장하기 위해, 일부 세그먼트들에 배치된 유동화 영역들은 바람직하게는 고체 배출 라인 (15) 들의 내리막들 바로 위쪽에 배치되어 있다.

이 이외에, 이 바람직한 배열에 있어서, 유동화된 영역은 유동화되지 않은 영역과 각각 마주하고 있으며, 따라서 브리지 형성에 의해 봉쇄되는 위험이 최소화될 수 있다. 그러므로, 유동화 매체를 투과시키지 않는 재료로 내부콘 (6) 의 세그먼트들을 설계함으로써, 배출이 위험해지지 않고 기체 소모가 계속하여 감소될 수 있다.

도 4 및 도 5 에는 본 발명에 따른 장치의 2 개의 변형이 도시되어 있으며, 이때 기능적으로 동일한 요소들은 동일한 참조부호들을 지니고 있다.

도 1 내지 도 3 의 실시예에 대한 변형으로서 도 4 는 추가적으로 고체 배출 영역 (3') 안의 교반기 (19) 를 나타내며, 상기 교반기의 구동 샤프트 (20) 는 샤프트 시일 (shaft seal, 21) 을 통하여 플랜지 바닥 (22) 을 관통하여 (상기 플랜지 바닥은 플랜지 (13) 에 고정되어 있다) 안내되어 있다. 추가적으로, 기체 공급부 (23) 들이 제공되어 있으며, 상기 기체 공급부들은 최적의 기체 분배를 보장하기 위해 예컨대 노즐 (24) 을 갖추고 있을 수 있다. 상기 노즐은 열려 있는 관을 통하여 전형적인 유동층-벨 노즐로서 또는 다공성 재료로서 설계되어 있을 수 있다.

도 5 에는 변형이 도시되어 있으며, 이 변형에 있어서는 예컨대 첨가제가 투여될 수 있으며, 이를 위해 고체 배출 영역 (3) 은 고체 공급 접합관 (25) 을 갖추고 있다. 고체 공급은 화살표 (26) 에 의해 암시되어 있다. 도 5 에 도시되어 있는 바와 같이 공급부를 교반기 (19) 의 영역에 배치시키면, 상기 고체 공급이 도움을 받을 수 있다.

물론, 본 발명의 상기 기술된 실시예들은, 기본 사상에서 벗어나지 않으면서 여러 가지 면에서 변경될 수 있다. 즉, 중앙에서는 고체들을 공급하고 외벽측에서는 기체들을 공급하기 위해, 고체 배출 라인 (15) 뿐만 아니라 고체 유입 라인 (25) 은 서로 다른 위치들에 서로 다른 개수로 배치되어 있을 수 있으며, 제조 방식에 따라 기체 공급 접합관들은 이중벽들로 설계되어 있을 수도 있다, 기타 등등.

1 : 배출콘 2 : 유동화 영역
3 : 고체 배출 영역 4 : 콘 바닥
5 : 외부 재킷 6, 6' : 기체 투과성 벽 영역 (내부콘)
7 : 유동화 매체 공급부 8a, 8b : 마운팅 플랜지
9, 9a : 화살표 10 : 유동화 매체 분배 공간
11 : 화살표 12 : 마운팅 플랜지
13 : 마운팅 플랜지 14 : 콘 벽
15 : 고체 배출 라인 16 : 마운팅 플랜지
17 : 유동화 매체 공급부 18 : 기체 분배 장치
19 : 교반기 20 : 구동 샤프트
21 : 샤프트 시일 22 : 폐쇄 바닥
23 : 기체 공급부 24 : 노즐
25 : 고체 공급 라인 26 : 화살표
"g" : 중력 방향

Claims

가스화 반응기 안에서의 고체 연료의 열적 전환에 있어서 배출콘을 갖추고 있는 저장 용기로부터의 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치로서,
상기 배출콘 (1) 은, 적어도 일부 영역들에서 기체 투과성 벽 영역 (6, 6'), 및 버너들로 이어지는 적어도 2 개의 고체 배출 라인 (15) 을 갖추고 있는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 고체 배출 라인 (15) 들은 상기 배출콘 (1) 안에 중력 방향으로 상기 기체 투과성 벽 영역 (6) 들의 아래에 제공되어 있는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기체 투과성 벽 영역 (6) 들은 다 함께 상기 배출콘 (1) 의 원추대 모양의 요소 (2) 의 벽면을 형성하는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출콘 (1) 은 서로 연결되어 있는 다수의 요소 (2, 3, 4), 특히 원추대 모양의 요소들로 형성되어 있는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 배출콘 (1) 은, 적어도 일부 영역들에서 기체 투과성 폐쇄 바닥 (4) 을 갖추고 있는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미세립 연료를 위한 상기 저장 용기에는, 소결 금속, 다공 박판 등등으로 만들어진 기체 투과성 벽 영역 (6) 을 가진 원추대 모양의 이중벽 요소가 바로 할당되어 있는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 배출 라인 (15) 들은 상기 배출콘에서의 수직축에 대해 중력 방향으로 아래로 향해 있는 90°미만의 각도로 배치되어 있는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 고체 배출 라인 (15) 들은 할당된 콘벽 (14) 에 대해 직각으로 배치되어 있는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
폐쇄 바닥 (22) 에는, 내부에 놓여 있는 교반 장치 (19) 가 할당되어 있는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
폐쇄 바닥 (22) 및/또는 중력 방향 (g) 으로 상기 배출콘 (1) 의 하부 영역은, 특히 상기 콘 내부에서 고체를 이완시키기 위한 또는 첨가제들을 투여하기 위한 매체 공급 라인들 (23, 25) 을 갖추고 있는, 미세립 연료를 다수의 버너에 공급하기 위한 장치.