KR20140032174A

KR20140032174A - 가스화기

Info

Publication number: KR20140032174A
Application number: KR1020120098741A
Authority: KR
Inventors: 이중원; 김의식; 김성철; 김광신
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-14
Also published as: KR101386254B1; WO2014038853A1

Abstract

본 발명은 상부에서 원료와 산소가 주입되는 입구부;와 상기 입구부로 주입된 원료가 산소와 불완전 연소반응을 일으켜 합성가스와 슬래그가 생산되는 반응부;와 상기 반응부의 하단에 위치하며 합성가스와 슬래그가 하단으로 유출되는 슬래그 탭;과 상기 슬래그탭에서 유출되는 합성가스와 슬래그가 유입되고 냉각물질이 구비되는 냉각부;와 상기 슬래그탭 하단에 구비되고 합성가스가 상기 냉각부에 유입된 후 상승하여 외부로 배출되는 합성가스 배출부;와 상기 냉각부와 상기 합성가스 배출부 사이에서 상기 냉각부에서 상승하는 합성가스에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 집진부;를 포함하여 구성되는 가스화기에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 가스화기에 의하면, 합성가스 내에 포함되어 있는 불순물을 제거하기 위해 가스화기 외부에서 별도의 집진부를 포함하지 않고 가스화기 내부에 상기 집진부를 포함하여 설비공간이 감소 되고 설비 비용 또한 감소 되는 효과를 제공한다.

Description

가스화기 {GASIFICATION}

본 발명은 가스화기에 관한 것이며, 상세하게는 별도의 장치에 의하지 않고 내부에 구비된 장치에 의해 합성가스의 불순물을 제거할 수 있는 가스화기에 관한 것이다.

가스화 복합 발전이란 석탄, 바이오 매스 등의 에너지 원료를 고온 고압조건에서 불완전 연소시킴으로써 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스를 생산하고, 이때 생성된 합성가스와 이 때 발생되는 열 에너지를 사용하여 가스터빈과 증기터빈을 함께 구동시켜 전기 등을 생산하는 발전을 말한다.

이러한 가스화 복합 발전 설비에 구비되는 가스화기에서는 원료가 불완전 연소되어 합성가스가 생성되고 이러한 합성가스가 생성된 후 원료가 슬래그로 변하여 외부로 배출된다.

그런데 상기 가스화기의 종류 중 하향식 가스화기에서 생산된 합성가스는 가스화기 하단에 구비되는 냉각수를 통과하여 가스화기의 측면으로 유출되는데, 이때 생성된 합성가스에서는 비산회, 미연탄분, 애쉬 등 불순물이 많이 포함되어 있다.

종래의 발전 설비에는 합성가스에서 이러한 불순물을 제거하기 위해 상기 가스화기 외부에 별도의 집진 장치 구비되었는데, 이러한 별도의 집진 장치는 발전 설비에서 공간적 제약과 비용 측면에서 불리한 문제가 있었다.

본 발명에서는 상기 종래 문제점 중 적어도 일부를 해소하기 위해 제안된 것으로서, 그 목적은 합성가스 내에 포함되어 있는 불순물을 제거하기 위해 가스화기 외부에 별도의 장치를 구비하지 않고 가스화기 내부에서 불순물을 제거할 수 있도록 하여 설치 공간과 설비 비용이 감소되는 가스화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 측면에서 본 발명은, 상부에서 원료와 산소가 주입되는 입구부;와, 상기 입구부로 주입된 원료가 산소와 불완전 연소반응을 일으켜 합성가스와 슬래그가 생산되는 반응부;와, 상기 반응부의 하단에 위치하며 합성가스와 슬래그가 하단으로 유출되는 슬래그 탭;과, 상기 슬래그탭에서 유출되는 합성가스와 슬래그가 유입되고 냉각물질이 구비되는 냉각부;와, 상기 슬래그탭 하단에 구비되고 합성가스가 상기 냉각부에 유입된 후 상승하여 외부로 배출되는 합성가스 배출부;와, 상기 냉각부와 상기 합성가스 배출부 사이에서 상기 냉각부에서 상승하는 합성가스에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 집진부;를 포함하여 구성되는 가스화기를 제공한다.

바람직하게, 상기 집진부는 합성가스에 포함되어 있는 불순물을 합성가스에서 분리시키는 제거부; 및 상기 제거부를 상기 냉각부의 상부에서 슬래그탭을 둘러싸며 상기 가스화기 내벽에 고정시키는 고정부;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 제거부는 흑연 등을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 집진부는 상단에서 냉각수가 분사되도록 하는 분사부;를 더 포함할 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 슬래그탭은 하단에 배출되는 합성가스의 기포의 크기를 작게 하는 기포분해부;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 기포분해부는 상기 슬래그탭에 톱니모양으로 구비될 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 기포분해부는 상기 슬래그탭 하단에 형성된 개구로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 가스화기는 상기 냉각부에서 유출되는 냉각물질을 정화시키는 정화부; 및 상기 정화부에서 유출되는 냉각물질을 다시 상기 냉각부로 재순환시키는 재순환부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 가스화기는 상기 정화부에서 유출되는 냉각물질이 상기 집진부의 상단에서 분사되도록 분사부;를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 가스화기에 의하면, 합성가스 내에 포함되어 있는 불순물을 제거하기 위해 가스화기 외부에 별도의 장치를 구비하지 않고 가스화기 내부에서 불순물을 제거할 수 있도록 하여 설치 공간과 설비 비용이 감소되는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가스화기의 정단면도.
도 2는 도 1에서 A-A'의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가스화기 내에 구비되는 슬래그 탭의 다른 실시예를 나타내는 사시도.

이하 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 가스화기의 기술적 특징을 이해시키는데 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예에 의해 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술범위에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 의한 가스화기(100)는 상부에서 원료와 산소가 주입되는 입구부(111);와 합성가스와 슬래그가 생산되는 반응부(112);와 슬래그가 배출되는 슬래그탭(120);과 슬래그가 냉각되는 냉각부(130);와 합성가스가 배출되는 합성가스 배출부(140);와 합성가스 내의 불순물을 제거하는 집진부(150);를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 생성되는 합성가스가 가스화기 하단에서 배출되는 하향식 가스화기(100)의 경우는 가스화기(100)의 상부에서 가스화반응의 원료와 산소가 유입되는 입구부(111)가 구비되고, 상기 입구부(111) 하단에 유입된 원료와 산소가 불완전연소반응을 일으켜 합성가스를 생산하는 반응부(112)를 구비한다.

상기 반응부(112)의 하단에는 원료의 불완전연소반응 후 잔여물인 고온의 슬래그가 반응부(112)에서 배출되도록 슬래그탭(120)이 구비되고, 상기 슬래그탭(120)의 하단에는 유출되는 슬래그를 냉각시키는 냉각부(130)가 구비된다.

이때, 상기 반응부(112)에서 생성되는 합성가스가 유출될 때 냉각물질과 접촉하여 상기 합성가스 내부에 구비되는 불순물을 용해시키고 상기 합성가스의 온도를 냉각시키기 위해 상기 슬래그탭(120) 하단이 상기 냉각부(130)의 내부에 위치하도록 구비될 수 있다.

한편, 상기 가스화기(100)의 하부 측면에는 상기 냉각물질을 통과하는 합성가스가 배출되는 합성가스 배출부(140)가 구비될 수 있는데, 합성가스가 상기 합성가스 배출부(140)를 통과하기 전에 불순물을 제거할 수 있도록 상기 가스화기(100) 내에서 상기 냉각부(130) 상부와 상기 합성가스 배출부(140) 하단에서 집진부(150)가 구비될 수 있다.

도 1과 도 2를 참조하면, 상기 집진부(150)는 합성가스 내부에 포함되어 있는 불순물을 합성가스에서 분리시키는 제거부(151)와 이러한 제거부(151)가 상기 가스화기(100) 내벽에 고정될 수 있도록 고정부(152)로 구비될 수 있다.

먼저, 상기 제거부(151)는 미분탄, 비산회 등이 합성가스 배출부(140)를 통과하지 못하고 상기 냉각부(130)에 구비되는 냉각물질로 다시 유입될 수 있도록 흑연 등과 같은 물질로 구비될 수 있다.

흑연을 예를 들어 설명하면, 먼저 상기 냉각부(130)에 유입되어 합성가스 내부에 포함되어 있는 불순물들 중 일부는 냉각물질에 용해되고 일부는 용해되지 못하고 상부로 유출된다.

이때 합성가스내에 포함되는 미분탄, 비산회 등을 이루는 미세 분자들이 부딪치며 진행하던 방향으로 이동하지 못하고 미끌어져 합성가스와 분리될 수 있도록, 이러한 불순물들이 표면에 부딪쳤을 때 미끄러지는 성질을 갖는 흑연이 상기 가스화기 내부에 구비될 수 있다.

그런데, 이러한 흑연과 같이 불순물을 합성가스와 분리시키는 제거부(151)를 구성하는 물질은 불순물이 제거된 합성가스가 상기 합성가스 배출부(140)로 쉽게 유출될 수 있도록 하기 위해 공극이 충분한 알갱이 형태로 구비되는 것이 바람직하다.

그런데, 도 1과 도 2를 참조하면, 상기 집진부(150)는 충분한 공극을 구비하는 흑연 등과 같은 물질로 이루어진 제거부(151)가 상기 가스화기(100) 내부에, 특히 합성가스의 유출 경로에 위치하도록 내측은 상기 슬래그탭(120)을 감싸고 외측은 가스화기 내벽(113)에 고정되며 하단은 냉각부(130) 상부에 위치하고 상단은 상기 합성가스 배출부(140) 하부에 위치되도록 구비될 수 있다.

즉, 상기 집진부(150)는 상기 냉각물질에 젖지 않도록 상기 냉각부(130)의 상부에 위치하되, 합성가스가 배출되는 상기 합성가스 배출부(140) 하단에 있어야 한다.

그리고, 상기 집진부(150)는 상기 냉각부(130) 상부와 상기 합성가스 배출부(140) 하단에 위치하며 상기 합성가스 배출부(140)로 불순물이 제거되지 않은 합성가스가 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 외측은 상기 가스화기 내벽(113)에 밀착되고, 내측은 상기 슬래그탭(120)을 둘러싸는 내부가 빈 원통형 형상으로 구비됨이 바람직하다.

그런데 흑연과 같이 크기가 작은 알갱이 형태로 구비되는 상기 제거부(151)가 상기 가스화기 내부에 위치하기 위해 이를 고정하는 고정부(152)가 구비된다.

상기 고정부(152)는 일 실시예로, 충분한 공극을 가진 일정량의 알갱이가 서로 분리되지 않도록 철망형태로 구비되며 볼트 너트나 용접등 다양한 고정수단(미도시)을 이용하여 상기 제거부(151)를 상기 냉각부(130) 상부와 상기 합성가스 배출부(140) 사이에 고정시킬 수 있다.

또한, 상기 집진부(150)는 상기 합성가스에서 미연탄, 비산회 등 불순물들이 상기 제거부(151)에서 합성가스와 분리되는 것이 용이하고 상기 냉각부(130)로 유출되도록 하기 위해, 상기 가스화기 내벽(113) 일측에 상기 집진부(150) 상부를 향해 냉각물질을 분사하는 분사부(153)을 더 포함할 수 있다.

그런데, 이러한 냉각물질을 분사하는 분사부(153)는 상기 집전부의 상단이며 상기 가스화기(100)의 일측에 복수개가 구비될 수 있으며 상기 슬래그탭(120)에서 유출되는 합성가스의 양에 따라 분사부(153)의 개수 및 분사부(153)에서 분사되는 냉각물질의 분사량등이 결정되는 것이 바람직하다.

한편, 이러한 합성가스 내에 포함된 미연탄, 비산회 등의 불순물의 제거가 용이하게 하기 위해 상기 합성가스가 상기 제거부(151)에서 흑연 등과 접촉할 때 접촉 면적이 넓게 하는 것이 바람직하다.

이를 위해 상기 냉각부(130)에서 유출되는 합성가스의 기포 크기를 작게 하는 기포분해부(125)가 구비될 수 있다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 기포분해부(125)는 상기 슬래그탭(120)의 하단에 톱니 형태(125a)로 구비되거나, 상기 슬래그탭(120) 하단에 형성된 개구(125b)로 이루어져 상기 슬래그탭(120)을 통과하는 합성가스 중 일부는 상기 기포분해부(125)를 통과하여 기포의 크기가 작은 형태로 배출된다.

한편, 상기 냉각부(130)에는 냉각물질이 구비되고, 상기 반응부(112)에서 생성된 합성가스와 슬래그가 상기 냉각부(130)에 유입된다.

그런데, 상기 냉각부(130)에 구비되어 있는 냉각물질에는 미연탄, 비산회 등 불순물이 포함되어 있는 합성가스와 불완전 연소된 후에 잔여물이 작은 알갱이로 형성되는 슬래그가 유입되어 용해되므로 냉각물질을 계속 사용할 수 없어 종래에는 냉각물질을 계속 교체하였다.

그런데, 본 발명의 일 실시예에 의한 가스화기(100)는 상기 냉각부(130) 하단에는 상기 냉각부(130)에서 유출되는 냉각물질을 정화시키는 정화부(160)가 구비되고, 상기 정화부(160)에서 유출된 냉각물질이 다시 상기 냉각부로 유입되는 재순환부(170)가 구비된다.

상기 재순환부(170)는 상기 정화부(160)를 통과하여 정화된 냉각물질이 재순환 될 수 있도록 펌프(173)을 구비하고, 상기 냉각부(130)의 유입부(176)로 다시 냉각물질이 유입되는 제1재순환관(171)과 상기 분사부(153)으로 유입시키는 제2재순환관(172)을 포함하여 구비될 수 있다.

또한 상기 제1재순환관(171)과 상기 제2재순환관(172)는 각각 제1밸브(174)와 제2밸브(175)에 의해 유입량이나 유입여부가 조절될 수 있다.

그리고, 상기 제2재순환관(172)을 통해 상기 분사부(153)로 유입되는 냉각물질의 분사되는 양과 분사되는 시기를 제어할 수 있는 제어기(177)가 더 포함되어 구성될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스화기(100)의 작용 효과에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 가스화기(100)는 상기 입구부(111)에서 유입되는 미분탄 등 화석원료, 산소가 유입되어 상기 반응부(112)에서 불완전 연소가 일어나며, 이러한 불완전 연소에 의해 일산화탄소, 수소 등이 포함되는 합성가스와 슬래그가 생성된다.

하향식 가스화기(100)의 경우 상기 반응부(112)에서 생성되는 합성가스와 슬래그는 상기 슬래그탭(120)을 거쳐 상기 냉각부(130)로 유입된다.

특히, 상기 슬래그탭(120)의 하단이 상기 냉각부(130)에 구비되어 있는 냉각물질 내부에 위치하도록 구비되어 합성가스와 슬래그 모두 상기 냉각부(130)로 유입된다.

먼저, 도 1에서 화살표로 표시되는 합성가스의 흐름을 중심으로 살펴보면, 합성가스는 상기 기포분해부(125)를 통과하면서 크기가 작은 형태로 변하게 되며, 냉각물질에서 합성가스 내에 미분탄, 비산회 등 불순물은 이러한 냉각물질에서 1차적으로 용해되어 합성가스에서 분리된다.

하지만, 합성가스는 일부는 냉각물질에 용해되지만, 다른 일부는 다시 상기 냉각부(130)의 상부로 떠오르게 되어 상기 합성가스 배출부(140)로 유출된다.

이때, 상기 합성가스 배출부(140)를 통과하기 전에 상기 합성가스 배출부(140)와 상기 냉각부(130) 사이에 구비되는 상기 집진부(150)에 의해 합성가스의 잔여 불순물들이 제거된다.

상기 집진부(150)는 일 실시예로, 내부에 이러한 잔여 불순물을 합성가스와 분리시키는 제거부(151)가 구비되는데 흑연을 예로 들어 설명한다.

흑연은 비산회, 미분탄 등 잔여물질과 접촉시 흑연의 표면에서 미끌어지게 하여 다시 중력방향인 상기 냉각부(130) 방향으로 합성가스내의 잔여 불순물을 낙하하게 한다.

그 결과, 불순물이 제거되는 합성가스는 합성가스 배출부(140)로 유출되고 불순물은 상기 냉각부(130)로 유입되어 상기 냉각물질과 함께 상기 가스화기(100)에서 배출된다.

그런데, 상기 집진부(150)의 상부에 구비되는 분사부(153)에서 냉각물질이 분사되는 경우에는 상기 집진부(150)를 통과하는 합성가스에 포함될 수 있는 잔여 불순물이 제거된다.

또한, 상기 집진부(150)에서 합성가스 내의 불순물이 제거부(151)와 접촉하면서 하부로 미끌어질 때 냉각물질이 분사되어 이러한 불순물이 상기 제거부(151)에 구비된 흑연 등의 표면에 달라붙지 못하게 하여 더욱 미끌어져 상기 냉각부(130)로 유입되어 상기 가스화기(100) 외부로 유출된다.

그런데, 흑연은 상기 제거부(151)를 구성하는 하나의 예에 불과하고 이러한 불순물을 합성가스와 분리시킬 수 있는 다양한 물질도 가능함은 물론이다.

그리고, 슬래그는 상기 슬래그탭(120)에서 상기 냉각부(130)로 유출되어 상기 냉각물질에 의해 냉각되며 상기 가스화기(100)의 하단의 유출부(131)를 통해 상기 가스화기(100) 외부로 유출된다.

이때, 상기 슬래그의 유입 뿐만 아니라 상기 합성가스에 포함되었던 불순물들이 상기 냉각부(130)로 유입되는데 이러한 물질들이 포함된 냉각물질은 상기 정화부(160)를 거쳐 다시 재사용될 수 있다.

그리고, 상기 정화부(160)에 의해 불순물이 제거된 냉각유체는 상기 재순환부(160)에 의해 다시 재순환되어 상기 가스화기(100) 외부에서 새로운 냉각물질 공급없이 냉각물질이 공급된다.

즉, 일부는 상기 제1재순환관(171)을 거쳐 상기 가스화기(100) 측면의 유입부(176)로 다시 유입되어 슬래그와 합성가스를 냉각시키는데 사용되고 다른 일부는 상기 제2재순환관(172)을 거쳐 상기 분사부(153)로 유입되어 재사용된다.

이러한 냉각물질의 재순환을 통하여 환경적인 이점 뿐만 아니라 비용감소의 효과도 제공하게 된다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

100: 가스화기 111:입구부
112:반응부 113: 가스화기내벽
120:슬래그탭 125:기포분해부
125a:톱니형태 125b:개구
130:냉각부 131: 유출부
140:합성가스 배출부 150:집진부
151:제거부 152:고정부
153:분사부 160:정화부
170:재순환부 171:제1재순환관
172:제2재순환관 173:펌프
174:제1밸브 175:제2밸브
176: 유입부 177:제어기

Claims

상부에서 원료와 산소가 주입되는 입구부;
상기 입구부로 주입된 원료가 산소와 불완전 연소반응을 일으켜 합성가스와 슬래그가 생산되는 반응부;
상기 반응부의 하단에 위치하며 합성가스와 슬래그가 하단으로 유출되는 슬래그 탭;
상기 슬래그탭에서 유출되는 합성가스와 슬래그가 유입되고 냉각물질이 구비되는 냉각부;
상기 슬래그탭 하단에 구비되고 합성가스가 상기 냉각부에 유입된 후 상승하여 외부로 배출되는 합성가스 배출부;
상기 냉각부와 상기 합성가스 배출부 사이에서 상기 냉각부에서 상승하는 합성가스에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 집진부;
를 포함하여 구성되는 가스화기.
제1항에 있어서, 상기 집진부는
합성가스에 포함되어 있는 불순물을 합성가스에서 분리시키는 제거부; 및
상기 제거부를 상기 냉각부의 상부에서 슬래그탭을 둘러싸며 상기 가스화기 내벽에 고정시키는 고정부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스화기.
제2항에 있어서,
상기 제거부는 흑연 등을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스화기.
제1항에 있어서,
상기 집진부는 상단에서 냉각물질이 분사되도록 하는 분사부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화기.
제1항에 있어서,
상기 슬래그탭은 하단에 배출되는 합성가스의 기포의 크기를 작게 하는 기포분해부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화기.
제5항에 있어서,
상기 기포분해부는 상기 슬래그탭에 톱니모양으로 구비되는 것을 특징으로 하는 가스화기.
제5항에 있어서,
상기 기포분해부는 상기 슬래그탭 하단에 형성된 개구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스화기.
제1항에 있어서,
상기 냉각부에서 유출되는 냉각물질을 정화시키는 정화부; 및
상기 정화부에서 유출되는 냉각물질을 다시 상기 냉각부로 재순환시키는 재순환부;
를 더 포함하여 구성되는 가스화기.
제8항에 있어서,
상기 정화부에서 유출되는 냉각물질이 상기 집진부의 상단에서 분사되도록 분사부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화기.