KR20140040820A - 더스트 이송 라인 내 제어 가능한 스로틀 지점을 이용한 더스트의 균일한 공급 - Google Patents

더스트 이송 라인 내 제어 가능한 스로틀 지점을 이용한 더스트의 균일한 공급 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주변 압력 또는 상승된 압력 하에서 더스트를 일정하게 공급하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 도징 용기의 유동층(fluidized bed)을 더스트 제거 장치(dust remover)에 연결하는 더스트 이송 라인 내에 스로틀 가능한 더스트 조절 밸브를 포함한다. 상기 더스트 조절 밸브는, 상기 더스트 이송 라인 내에서, 특히 상기 도징 용기의 리필 과정 중에 발생하는 것과 같은 압력 변동(pressure fluctuations)을 보정함은 물론 압력 변동의 감쇠도 야기한다. 특수한 구현예들은 고정된 스로틀링 장치(fixed throttling device)에 의한 추가적인 균일성뿐만 아니라 상기 더스트 이송 라인으로 공급되는 보조 가스 공급과도 관련이 있다.

Description

더스트 이송 라인 내 제어 가능한 스로틀 지점을 이용한 더스트의 균일한 공급 {HOMOGENIZED FEEDING OF DUSTS BY MEANS OF A CONTROLLABLE THROTTLE POINT IN THE DUST CONVEYING LINE}
본 발명은 더스트 이송 라인 내에서 발생하는 압력 변동(pressure fluctuation)을 보정하고 또한 감쇠하여, 주변 압력 또는 상승된 압력 하에서 더스트 제거 장치에 더스트를 일정하게 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명은 공압식으로 이송되는 더스트를 소비 장치(consumer)에 규칙적으로 공급하기 위한, 특히 분체 연료(pulverized fuel)를 압력 가스화 반응기(pressure gasification reactor)에 규칙적으로 공급하기 위한 방법들 및 장치들과 관련이 있다.
'공압식으로 이송되는 더스트'라는 표현은 더스트 타입의 입자로 미세하게 분쇄된 모든 종류의 석탄화도(degree of coalification)의 석탄(coal), 코크스(coke), 경우에 따라 열전처리(thermal pretreatment)된 생물자원 또는 산업, 공업 및 가정으로부터 나오는 부산물 및 폐기물을 의미할 수 있다. 그 밖에도, 예를 들면 선철의 정련 그리고 탈황(desulfurization)에 사용되는 것과 같은 무기 더스트가 가정할 수 있는 이송 물질들에 속한다.
분체 연료의 공압식 이송은 활성 가스 및 합성 가스(energetic gas and syngas)를 제조하기 위한 더스트 압력 가스화와 관련하여 또는 용광로 송풍구(tuyere)들 내부로의 미분탄 공급과 관련하여 잘 알려져 있다. 용광로 송풍구들 내부로 미분탄을 공급할 경우, 상기 미분탄은 압력 슬루스 용기(pressure sluice vessel)를 통해 공정 압력 하에 있는 도징 용기에 공급되며, 상기 도징 용기로부터는 상기 미분탄이 250-450㎏/m3의 높은 적재 밀도(loading density)를 갖는 더스트-캐리어 가스(carrier gas)-현탁액으로서 하나 또는 다수의 이송 라인을 통해 소비 장치에 공급된다. 비말 동반된 흐름 가스화기(entrained flow gasifier), 용광로 송풍구, 연소 보일러 또는 선철을 정련하기 위한 장치는 소비 장치들로 이해될 수 있으며, 이 경우 무기 더스트가 사용된다.
압력 슬루스들용 견인 가스 및 캐리어 가스들로는 가연성 더스트에서 산소가 제거된 임의의 가스들, 특히 예를 들면 질소 또는 이산화탄소와 같은 불활성 가스들이 사용될 수 있으며, 이러한 가스들에는 예컨대 수증기와 같은 응축 가능한 성분들을 섞여 있지 않다.
상기와 같은 기술들에서는, 충전 프로세스를 방해하지 않기 위해 주어진 시간 단위에서 유동적인 더스트량이 매우 일정하게 유지되도록 노력한다. 특히 압력 슬루스들로부터의 도징 용기의 불연속적인 충전은 압력 변동을 발생시키고, 이러한 압력 변동은 도징 용기와 제거 장치 간의 이송 추진력으로 사용되는 압력차에 바람직하지 않은 영향을 준다. 이송될 물질량이 변경될 때에는 변동이 발생하는데, 상기와 같은 변동은 보다 더 긴 시간 후에야 비로소 완화 및 감소된다. 이 때문에 독일 특허 DE 10 205 047 583 B4호에서는, 도징 용기 내 이송 라인 유입구 바로 인근에 또는 이송 라인 내로 보조 가스를 규칙적으로 공급함으로써 압력 변동을 보정하고 그리고 발생하는 변동을 감쇠하는 기술이 제안된다. 이러한 기술에서는 많은 양의 보조 가스가 캐리어 가스에 공급된다는 사실이 입증되었지만, 그러나 이러한 사실은 상기 기술의 단점으로 작용한다. 상기 많은 양의 보조 가스는 마찬가지로 소비 장치에도 공급되어 형성될 생성물(product)에 하중을 가한다. 캐리어 가스 및 보조 가스로서 질소를 사용하는 경우에는 예컨대 미분탄 가스화 시 합성 가스의 질소 함량이 증가한다.
본 발명의 과제는, 보조 가스량 감소 시 도징 용기와 소비 장치 간의 압력 변동 차 및 질량 변동을 보정할 수 있는, 소비 장치로의 일정한 이송 물질 공급 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1의 특징들을 갖는 장치를 통해서 해결된다.
본 발명에 제안된 해결책은 압력 하에서 더스트를 소비 장치에 도징하고 공급하기 위한 장치, 예컨대 미분탄을 비말 동반된 흐름 가스화기에 도징하고 공급하기 위한 장치를 제공하며, 이 경우 분체 이송 물질은 정상 압력 하에 있는 작업 저장고로부터 나와 압력 슬루스들을 통하여 교대로 도징 용기에 공급되며, 상기 도징 용기의 하부에서 유동 플로어(fluidized floor) 위로는 유동 가스 공급으로 인해 조밀한 유동층이 생성되고, 상기 유동층 내에는 하나 또는 다수의 이송관이 수평 또는 수직으로 잠기며, 상기 이송 물질은 상기 하나 또는 다수의 이송관에 의해 압력 하에 있는 제거 장치/소비 장치(2), 예컨대 압력 가스화 반응기로 연속적으로 공급된다. 도징 용기와 소비 장치의 압력차를 제거 또는 감쇠하기 위해, 더스트 이송 라인 내에는 조절 가능한 그리고 경우에 따라 고정된 스로틀 지점이 형성된다. 예컨대, 조절 밸브 형태의 조절 가능한 스로틀 지점만으로도, 추가의 보조 가스 공급에 빈번히 필요한 균일성이 달성된다. 이렇게 하여 보조 가스 공급이 생략될 수 있고 또는 이러한 보조 가스 공급이 적어도 제한될 수 있다. 보조 가스가 공급되는 경우, 조절 과정들이 오버랩되지 않도록 하기 위해 고정된 스로틀 지점을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 경우에 따라 배치된 고정된 스로틀 지점은 경우에 따라 배치되는 보조 가스 공급부 앞에 또는 뒤에 위치 설정될 수 있다. 뿐만 아니라 보조 가스는 바로 상기 이송 라인의 스로틀 지점을 통해 공급될 수도 있다.
더스트 스트림은 이송관 내에서 측정되며, 이 경우 검출된 측정값은 조절 밸브(3.3)를 통해 설정되는 유동 가스량 및 조절 밸브(3.8)의 포지션 그리고 경우에 따라 조절 밸브(3.3)를 통해 설정되는 보조 가스량에 대한 제어 변수를 결정한다. 또한, 이송 라인들 내 더스트 스트림의 유속은 2 내지 8m/s 범위로 책정되는 것이 바람직하다. 스로틀 지점들에서 유속은 여러 배 상승되기 때문에, 상기 스로틀 지점들을 내마모성으로 설계하는 것이 좋다.
종래 기술과 비교하여 얻어지는 본 발명의 주요 장점들은, 보조 가스 공급부를 구비하는 또는 보조 가스 공급부를 구비하지 않는, 횡단면 변경이 가능한 더스트 조절 밸브 및 경우에 따라 고정된 스로틀 지점을 이송 라인(들) 내에 설치함으로써 더스트 유동을 이동시키는 추진력(driving force)으로 사용되는, 도징 용기와 더스트 제거 장치 간의 압력차 또는 더스트 제거 장치에서의 압력 변동이 보정될 수 있다. 동시에 일정한 더스트 스트림, 예컨대 압력 슬루스로부터 도징 용기로의 리필 과정 시 일정한 더스트 스트림이 보장될 수 있다. 도징 용기의 하부로부터 유도되어 나오는 이송 라인들은 수평 또는 수직으로 배치될 수 있다. 상기 이송 라인들 내 압력은 0.1 내지 6MPa(1 내지 60bar)일 수 있다. 이송 라인 지름은 이송 출력 및 이송관의 수에 따라 10 내지 80㎜로 선택될 수 있다. 고정된 유량 제한기(flow restrictor)들로는 특히, 벤투리 관(venturi tube), 오리피스(orifice) 및 그와 유사한 유동 방향의 근본적인 변경 없이 횡단면을 형성하는 장치가 적합하다. 조절 가능한 유량 제한기들에서는 더스트 퇴적을 야기하는 공동부들이 방지될 수 있다.
도징 용기로부터 다수의 더스트 이송 라인들이 공급되는 경우, 더스트 이송 라인 개개의 유동 가스 공급에 의해 잠재적으로 더스트 이송 라인들 내 더스트량의 상호 간섭(mutual interaction)이 발생한다. 본 발명은 상기와 같은 더스트 이송 라인들 내 더스트량의 상호 간섭을 저지한다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 특허청구범위의 종속항들에 제시되었다.
본 발명은 후속해서 2개의 도면 및 2개의 실시예를 사용하여 설명되며, 이 경우 비발 동반된 흐름 가스화기가 참조 객체로 채택되었다.
도 1은 보조 가스 공급부를 구비하는 그리고 보조 가스 공급부를 구비하지 않는 고정 스로틀 지점을 이용해 압력 하에서 더스트를 도징하기 위한 기술의 개략도이다.
도 2는 더스트 조절 밸브를 이용한 기술의 개략도이다.
도면들에서 동일한 도면 부호들은 동일한 엘리먼트를 지시한다.
실시예 1:
도 1의 비발 동반된 흐름 가스화 반응기(2)는 4MPa(40bar)의 압력 하에서 500MW의 출력으로 작동된다. 이를 위해 200㎛보다 작은 입자 크기를 갖고 양이 90Mg/h인 경질탄 더스트가 공급된다. 상기와 같은 공급을 목적으로, 상기 경질탄 더스트를 불활성 가스로 견인하여 공정 압력 하에 두기 위해, 미분탄은 작업 저장고로부터 다수의 압력 슬루스(작업 저장고 및 압력 슬루스)에 공급된다. 도징 용기(1)는 충전 레벨 조절부(LIC)(3.1)를 통해 충전 레벨이 조절된다. 도징 용기(1) 내 충전 레벨이 최소값으로 하강하면, 압력 슬루스로부터 리필이 이루어진다. 이송될 더스트량에 따라 하나 또는 다수의 압력 슬루스가 배치될 수 있다. 더스트 이송 라인(3.2)들은 상부로부터 수직으로 도징 용기(1)의 하부로 돌출하며, 상기 도징 용기 하부에서 유동 플로어 위에는 조절 밸브(3.3)를 통한 유동 가스 공급으로 인해 450㎏/m3까지의 밀도를 갖는 매우 조밀한 유동층이 형성된다. 도징 용기(1)와 가스화 반응기(2) 간에는 압력차가 조성됨으로써, 유동층 내에 형성된 미분탄-캐리어 가스-현탁액은 이송 라인(3.2)들을 통해 가스화 반응기(2)에 공급된다. 도 1에 따른 본 실시예에서는 3개의 이송 라인(3.2)이 각기 30Mg/h의 이송 출력으로 작동되며, 상기 3개의 이송 라인은 가스화 반응기(2)의 3개의 버너(2.1)로 통한다. 도징 용기(1)와 가스화 반응기 간의 압력 변동차를 감쇠하여 더스트 이송 라인(3.2)들 내에서 이송 출력을 일정하게 유지하기 위해, 이송 라인 내에는 고정된 스로틀링 장치(3.6)가 배치되었다. 고정된 스로틀링 장치(3.6)들로는 벤투리 관, 오리피스, 테이퍼형 관(taper pipe) 및 고정적으로 내장되는 개방-루프 밸브(open-loop valve)가 고려 대상이 된다. 예를 들어 전술한 더스트 이송 라인에 있어 기술된 바와 같이, 보조 가스는 이송관 유입구(3.7)를 경유한 직후 더스트 이송 라인(3.2)들에 공급되거나 또는 고정된 스로틀링 장치 앞에, 뒤에 또는 고정된 스로틀링 장치에 직접 공급될 수 있다. 더스트 이송 라인(3.2)들에 이송되는 더스트량은 더스트 스트림 측정부(3.5)에서 측정되며, 이 경우 상기와 같은 측정은 유동 가스량 조절 밸브(3.3)에 대한 제어 변수 및 경우에 따라 3.6 및 3.7로 연결되는 보조 가스량 조절 밸브(3.4)에 대한 제어 변수를 동시에 결정한다.
실시예 2:
도 2에 따른 비말 동반된 흐름 가스화기(2)는 도 1과 동일한 조건에서 작동된다. 본 실시예에서 스로틀 지점(3.8)은 가스화 버너(2.1) 바로 인근에 더스트 조절 밸브로서 배치된다. 상기 더스트 조절 밸브(3.8)의 포지션은 질량 측정부(3.5)로부터의 제어 신호들에 의해 영향을 받는다. 또한, 보조 가스는 보조 가스 공급 지점(3.9)을 통해서 그리고/또는 이송관 유입구(3.7)에서 질량 측정부(3.5)에 의해 제어되는 방식으로도 이송 파이프(3.2)들에 추가로 공급될 수도 있다. 더스트 조절 밸브(3.8)들로는 더스트의 축적(accumulation) 및 그로 인한 막힘(blockage)을 방지하는 구조의 내마모성 모델이 고려 대상이 된다.
본 발명의 특수한 한 구현예에서는 도징 용기(1)와 더스트 조절 밸브(3.8) 간의 더스트 스트림이 측정된다(3.5).
본 발명의 특수한 한 구현예에서 공급된 보조 가스는 상기 더스트 조절 밸브에 추가로 더스트 제거 장치(2)와 도징 용기(1) 간 그리고 경우에 따라 고정된 스로틀링 장치(3.6)와 도징 용기(1) 간의 압력차에 영향을 주며, 그리고 상기 보조 가스는 더스트 운반을 위한 제어 변수로서 이용된다.
본 발명의 특수한 한 구현예에서 더스트 조절 밸브는 더스트 이송 라인(3.2) 내에서 발생하는 압력 변동을 보정하고, 보조 가스를 공급하는 방법으로 또는 보조 가스를 공급하지 않는 방법으로 상기 더스트 이송 라인(3.2) 내 일정한 콜 더스트 스트림(coal dust stream)을 보장한다.
본 발명의 특수한 한 구현예에서 더스트 스트림은 미분탄으로서 압력 가스화 장치(2)의 버너(2.1)들에 공급된다.
본 발명의 특수한 한 구현예에서 더스트 스트림은 미분탄으로서 용광로의 송풍구들에 공급된다.
본 발명의 특수한 한 구현예에서 더스트 스트림은, 정련제로서 제강 공정에 공급되는 무기 물질이다.
본 발명의 특수한 한 구현예에서 이송 라인(3.2)들의 지름은 10 내지 80㎜이다.
본 발명의 특수한 한 구현예에서 스로틀 가능한 더스트 조절 밸브(3.8)는 도징 용기(1)와 더스트 조절 밸브(3.8) 사이에 배치된 더스트 스트림 측정(부)(3.5)에 따라서 제어될 수 있다.
1: 도징 용기
2: 더스트 제거 장치
2.1: 더스트 제거 장치의 주입 지점/공급 지점
3.1: 충전 레벨 조절부
3.2: 더스트 이송 라인
3.3: 유동 가스 공급용 조절 밸브
3.4: 보조 가스 공급용 조절 밸브
3.5: 더스트 스트림 측정부
3.6: 고정된 스로틀링 장치
3.7: 이송관 유입구에 제공되는 보조 가스 공급부
3.8: 더스트 조절 밸브
3.9: 더스트 이송 라인으로 연결되는 보조 가스 공급부
4: 불활성 가스 / 유동 가스 / 보조 가스

Claims (19)

  1. 더스트 이송 라인 내에서 발생하는 압력 변동(pressure fluctuation)을 보정하고 또한 감쇠하여, 주변 압력 또는 상승된 압력 하에서 더스트 제거 장치(dust remover)에 더스트를 일정하게 공급하기 위한 장치로서,
    상기 장치에서
    도징 용기(1)의 하부에는, 더스트 충전 시 조절 밸브(3.3)를 통해 유동 가스(4)가 공급됨으로써 유동 플로어(fluidized floor) 위에 조밀한 유동층(fluidized bed)이 제공되고.
    더스트 이송 라인(3.2)의 한 단부는 상기 유동층 내에 잠기고 그리고 상기 더스트 이송 라인(3.2)의 다른 한 단부는 상기 더스트 제거 장치의 주입 지점(2.1)에 연결되었으며,
    더스트를 이동시키는, 상기 도징 용기(1)와 더스트 제거 장치(2.0) 간의 압력차가 만들어지고,
    상기 더스트 이송 라인 내에는 더스트 조절 밸브(3.8)가 배치되었으며,
    더스트 스트림 측정부(3.5)는 상기 더스트 이송 라인 내에 배치되었고,
    공급되는 유동 가스량이 측정된 더스트 스트림에 따라 결정되도록 상기 더스트 스트림 측정부(3.5)가 상기 조절 밸브(3.3)와 기능적으로 연결되고,
    통로 횡단면이 측정된 더스트 스트림에 따라 제어되도록 상기 더스트 스트림의 측정부(3.5)가 상기 더스트 조절 밸브(3.8)와 기능적으로 연결되는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 더스트 이송 라인(3.2)이 상기 유동층 내에 수평으로 잠기는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 더스트 이송 라인(3.2)이 상기 유동층 내에 수직으로 잠기는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정된 스로틀링 장치(fixed throttling device)(3.6)가 도징 용기(1)와 더스트 조절 밸브(3.8) 간 더스트 이송 라인 내에 배치된 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    이송관 유입구에 제공되는 보조 가스 공급부(3.7)가 상기 도징 용기 내에 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    보조 가스 공급부(3.9)가 도징 용기와 더스트 스트림 측정부(3.5) 간의 더스트 이송 라인 내로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    보조 가스 공급부(3.9)가 도징 용기와 고정된 스로틀링 장치 간의 더스트 이송 라인 내로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정된 스로틀링 장치(3.6)로 보조 가스 공급이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    보조 가스 공급부(3.9)가 고정된 스로틀링 장치(3.6)와 더스트 제거 장치(2.0) 간의 더스트 이송 라인 내로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 더스트 조절 밸브(3.8)로 보조 가스 공급이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  11. 제 5항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 더스트 스트림 측정부(3.5)가 보조 가스량을 할당하기 위한 보조 가스 공급용 조절 밸브(3.4)와 기능적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 더스트 이송 라인(3.2)이 상기 도징 용기와 상기 더스트 제거 장치 사이에 배치된 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    더스트가 작업 저장고로부터 나와 적어도 하나의 압력 슬루스(pressure sluice)를 통해 상기 도징 용기(1)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 더스트 공급 장치가 주변 압력보다 높게 작동하는 가스화 장치의 미분탄-공급 시스템으로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정된 스로틀링 장치(3.6)가 벤투리 관(venturi tube)으로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정된 스로틀링 장치(3.6)가 오리피스(orifice)로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정된 스로틀링 장치(3.6)가 테이퍼형 관(taper pipe)으로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정된 스로틀링 장치(3.6)가 개방-루프 밸브(open-loop valve)로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 더스트 조절 밸브(3.8)가 스로틀 가능한 모델로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    더스트 제거 장치로의 일정한 더스트 공급 장치.
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