KR20140056528A

KR20140056528A - 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템

Info

Publication number: KR20140056528A
Application number: KR1020120120291A
Authority: KR
Inventors: 정기진; 변용수; 전동환; 정석우; 최영찬; 이시훈
Original assignee: 고등기술연구원연구조합; 한국에너지기술연구원
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-12
Also published as: KR101416142B1

Abstract

본 발명은 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 슬랙탭 자체에 보조연료와 산소의 가스 공급라인을 가공하여 형성함으로써 슬랙탭 자체적으로 버너의 기능을 가지도록 하여, 슬랙탭 전체에 대하여 균일한 온도 형성이 가능하도록 하고, 이로 인해 슬랙탭 주위의 국부적인 온도 저하로 인한 슬랙의 고형화를 방지하며, 용융 슬랙이 슬랙탭을 통해 하부로 원활하게 배출되도록 하고, 가스화기의 안정적인 운전을 가능하도록 하며, 버너의 화염이 내화재에 직접 닿지 않도록 하여 내화재의 손상을 방지할 수 있는 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템은 상기 가스화기에 마련되는 슬랙탭의 내부에 산화제와 보조연료가 공급되도록 형성되는 공급유로; 및 상기 공급유로에 연결되도록 상기 슬랩탭의 내측 둘레를 따라 다수로 형성되고, 산화제와 보조연료의 연소에 의한 생성되는 화염을 토출시키는 화염홀을 포함한다.

Description

슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템{BURNER SYSTEM FOR GASIFICATION EQUIPMENT USING SLAG TAP}

본 발명은 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가스화 반응에 의해 생성되는 용융 슬랙이 슬랙탭을 통해 하부로 원활하게 배출되도록 하고, 슬랙탭 주위의 국부적인 온도 저하로 인한 용융 슬랙의 고형화를 방지하도록 구성된 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 가스화 용융 반응을 진행하는 가스화기는 가스화 반응을 위한 원료가 유입되면, 가스화 반응에 의해 원료 내의 성분들 중 가연성 물질은 합성가스로 전환되고, 회분에 해당되는 무기물 성분의 대부분은 용융 슬랙을 형성하게 되는데, 이러한 용융 슬랙은 가스화기의 슬랙탭을 통해 하부로 유입되어 급속히 냉각되면서 고형 슬랙의 형태로 배출된다.

종래의 용융 슬랙을 제거하기 위한 기술로는 한국등록특허 제10-0786573호(2007.12.11 등록)의 "고온 용융로의 슬랙탭 냉각장치"와 한국등록특허 제10-0234153호(1999.09.16 등록)의 "슬랙탭 막힘 방지 기능을 가지는 석탄가스화 장치"가 있다. 여기서, 전자의 경우는 용융 슬랙의 고형화를 방지하는 것이 아니라, 형성된 고형화 슬랙을 충격해머로 가격하여 제거함으로써 충격해머의 동작에 관련된 장치에 충격이 전달되어 내구성을 해치게 되고, 소음을 유발하게 된다. 또한, 후자의 경우는 고온의 가스를 하부의 슬랙탭으로 유도하여 응고된 용융 슬랙을 제거하도록 하는데, 그 구조가 복잡해지고, 고온의 가스를 이용하여 용융 슬랙을 제거하기에는 효율적인 면에서 불리하다.

이와 같은 이유에서, 용융 슬랙의 슬랙탭 주변에서의 고형화를 방지하기 위하여 가스화기에 별도의 포트를 구성하여 슬랙탭 가열을 위한 슬랙탭 버너를 1~2개 정도 설치한 후, 산화제와 보조연료를 공급하고, 이로 인해 화염을 형성함으로써 슬랙탭 주변의 온도를 고온으로 유지하는 방법이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 일 예에 따른 슬랙탭 버너를 가지는 가스화기를 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 일 예에 따른 슬랙탭 버너를 가지는 가스화기는 몸체(1)에 내화재로 된 내벽(2)과 슬랙탭(3)이 마련되고, 슬랙탭(3)의 하부에 슬랙탭 버너(4)가 설치된다. 또한, 슬랙탭 버너(4)는 산화제와 보조연료를 공급받아 화염을 형성하면서 슬랙탭(3)을 가열하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 일 예에 따른 슬랙탭 버너를 가지는 가스화기는 화염이 일방향에서만 공급되기 때문에 슬랙탭(3)을 균일한 온도로 가열하는 것이 어렵고, 이로 인해 용융 슬랙이 슬랙탭(3)을 거쳐 하부로 원활히 유입되지 못함으로써, 용융 슬랙이 하부 벽면을 타고 흘러내리다가 국부적으로 온도가 낮은 슬랙탭(3) 부근에서 고형화되어 슬랙탭(3)을 차단하게 되고, 이에 따라 정상적인 운전이 불가능해져서 가동을 멈추게 되는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 슬랙탭 버너(4)가 가스화기의 옆면에서 축방향으로 비스듬하게 장착됨에 따라 슬랙탭 버너(4)에서 형성되는 화염으로 인해 가스화기의 내벽(2) 및 슬랙탭(3)이 손상되는 문제점을 가지고 있었다.

도 2는 종래의 다른 예에 따른 슬랙탭 버너를 가지는 가스화기를 도시한 구성도이다.

도 2를 참조하면, 종래의 다른 예에 따른 슬랙탭 버너를 가지는 가스화기는 몸체(5)에 내화재로 된 내벽(6)과 슬랙탭(8)이 마련되고, 슬랙탭(8)의 상부에 2개의 슬랙탭 버너(7)가 슬랙탭(8) 주변을 가열하여 고온을 유지함으로써 용융 슬랙이 고형화되지 않고, 하부로 유입되도록 한다.

그러나, 2개의 슬랙탭 버너(7)의 경우에도 화염으로 슬랙탭(8)의 표면 및 내부 전체를 균일하게 가열하기 어려우며, 이에 따라 국부적으로 온도가 낮아지는 부위에서 용융 슬랙의 고형화가 발생할 수 있고, 화염으로 인해 가스화기의 내벽(6) 손상을 초래하는 문제점을 가지고 있었다.

이와 같이, 종래의 슬랙탭 버너를 가지는 가스화기들은 1~2개 정도의 큰 화염을 형성하여 슬랙탭 주변의 온도를 고온으로 유지하려고 하기 때문에, 내부의 유동이 달라질 경우, 슬랙탭 버너의 화염 형상이 변하거나 화염의 방향이 바뀌면서 화염이 내화재 또는 슬랙탭에 직접 접촉됨으로써 내화재 또는 슬랙탭이 녹게 되며, 화염이 슬랙탭 주변 전체를 균일하게 가열하지 못함에 따라 국부적으로 화염과 떨어진 부분에서는 용융 슬랙의 고형화가 발생하게 되는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가스화 반응에 의해 생성되는 용융 슬랙이 슬랙탭을 통해 하부로 원활하게 배출되도록 하고, 슬랙탭 주위의 국부적인 온도 저하로 인한 용융 슬랙의 고형화를 방지하며, 가스화기의 안정적인 운전을 가능하도록 하고, 내화재의 손상을 방지하도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 가스화기에 설치되는 버너 시스템에 있어서, 상기 가스화기에 마련되는 슬랙탭의 내부에 산화제와 보조연료가 공급되도록 형성되는 공급유로; 및 상기 공급유로에 연결되도록 상기 슬랩탭의 내측 둘레를 따라 다수로 형성되고, 산화제와 보조연료의 연소에 의한 생성되는 화염을 토출시키는 화염홀을 포함하는 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템이 제공된다.

상기 공급유로로부터 공급되는 산화제와 보조연료를 상기 화염홀 각각에 분산 공급하도록 상기 슬랙탭의 내부에 링 형태로 형성되는 분산유로를 더 포함할 수 있다.

상기 공급유로는 상기 산화제가 공급되는 산화제공급유로; 및 상기 보조연료가 공급되는 보조연료공급유로를 포함할 수 있다.

상기 화염홀은 상기 슬랙탭에 상하로 다수로 형성되며, 상기 슬랙탭의 상부에 형성되는 경사면에 형성되는 제 1 화염홀; 상기 슬랙탭의 하부에 형성되는 수직면에 형성되는 제 2 화염홀; 및 상기 경사면과 상기 수직면이 만나는 부분에 형성되는 제 3 화염홀을 포함하되, 상기 제 1 화염홀, 제 2 화염홀 및 제 3 화염홀은 수직방향을 기준으로 서로 어긋나도록 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 가스화기에 설치되는 버너 시스템에 있어서, 상기 가스화기에 마련되는 슬랙탭에 산화제와 보조연료가 공급되는 공급유로를 형성하고, 상기 슬랙탭에 다수의 화염홀을 형성하여 용융 슬랙의 고형화를 방지하도록 하는 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 가스화기에 있어서, 가스화 반응이 진행되는 반응공간을 제공하는 본체; 상기 본체의 내측면에 마련되는 내화재; 및 상기 본체의 내측면에 마련되는 슬랙탭을 포함하고, 상기 슬랙탭에 상기한 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템이 형성되는 가스화기가 제공된다.

본 발명에 따르면, 슬랙탭 자체에 보조연료와 산소의 가스 공급라인을 가공하여 형성함으로써 슬랙탭 자체적으로 버너의 기능을 가지도록 하여, 슬랙탭 전체에 대하여 균일한 온도 형성이 가능하도록 하고, 이로 인해 슬랙탭 주위의 국부적인 온도 저하로 인한 슬랙의 고형화를 방지하며, 용융 슬랙이 슬랙탭을 통해 하부로 원활하게 배출되도록 하고, 가스화기의 안정적인 운전을 가능하도록 하며, 버너의 화염이 내화재에 직접 닿지 않도록 하여 내화재의 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 일 예에 따른 슬랙탭 버너를 가지는 가스화기를 도시한 구성도.
도 2는 종래의 다른 예에 따른 슬랙탭 버너를 가지는 가스화기를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 가스화기를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 A-A'에 따른 단면도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명에 따른 가스화기를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템을 도시한 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템(100)은 가스화기(10)에 마련되는 슬랙탭(400)에 산화제와 보조연료가 공급되는 공급유로(110)를 형성하고, 슬랙탭(400)에 다수의 화염홀(120)을 형성하여 용융 슬랙의 고형화를 방지하도록 하는데, 이를 위해 공급유로(110)와 화염홀(120)을 포함할 수 있다.

공급유로(110)는 가스화기(10)에 마련되는 슬랙탭(400)의 내부에 산화제와 보조연료가 공급되도록 형성되는데, 일례로 산화제와 보조연료를 각각 공급하도록 산화제가 공급되는 산화제공급유로(111)와, 보조연료가 공급되는 보조연료공급유로(112)를 포함할 수 있다. 산화제공급유로(111) 및 보조연료공급유로(112)는 슬랙탭(400)의 내부로부터 가스화기(10)의 본체(200) 외측으로 노출 내지 돌출되도록 마련될 수 있고, 외부의 산화제공급부 및 보조연료공급부로부터 산화제 및 보조연료가 각각 공급될 수 있으며, 본 실시예에서처럼 수평되게 마련되거나, 다른 예로서 경사지게 마련될 수 있다.

화염홀(120)은 공급유로(110)에 연결되도록 슬랙탭(400)의 내측 둘레를 따라 다수로 형성되고, 산화제와 보조연료의 연소에 의한 생성되는 화염을 토출시키도록 하며, 가스화기(10)의 내측에서 가스화 반응에 의하여 생성되는 용융 슬랙이 슬랙탭(400)을 통해서 하부로 이동시, 용융 슬랙의 고형화를 억제할 수 있을 정도의 화염을 토출시키도록 그 개수 및 직경이 정해지는데, 이는 슬랙탭(400)의 내경 또는 가스화기(10)의 처리용량이나 규모 등에 따라 결정될 수 있다.

화염홀(120)은 슬랙탭(400)의 내측 둘레뿐만 아니라 상하로도 다수로 형성될 수 있고, 일례로, 슬랙택(400)의 상부에 형성되는 경사면(410)에 형성되는 제 1 화염홀(121)과, 슬랙탭(400)의 하부에 형성되는 수직면(420)에 형성되는 제 2 화염홀(122)과, 경사면(410)과 수직면(420)이 만나는 부분에 형성되는 제 3 화염홀(123)을 포함할 수 있으며, 이는 예시적인 것으로서, 가스화기(10)와 슬랙탭(400)의 크기 및 규격, 그리고 처리 용량 등에 따라 변경될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제 1 내지 제 3 화염홀(121,122,123)은 화염의 균일한 분포를 위하여, 본 실시예에서처럼 수직방향을 기준으로 서로 어긋나도록 형성될 수 있으며, 이들 각각의 개수가 슬랙탭(400)의 크기에 따라 또는 필요에 따라 정해질 수 있다. 예컨대, 제 1 화염홀(121)은 슬랙탭(400)의 경사면(410)에서 20도 정도 상방으로 화염을 토출하도록 4개가 형성될 수 있다. 제 2 화염홀(122)은 슬랙탭(400) 내측의 수직면(420) 하단에서 수평되게 서로 마주 보도록 2개가 형성될 수 있다. 제 3 화염홀(123)은 기존의 슬랙탭 버너로는 화염을 형성하기 어려운 경사면(410)과 수직면(420)이 만나는 부분에 서로 마주 대하도록 2개가 형성될 수 있다. 한편, 제 2 화염홀(122)은 제 3 화염홀(123)에 대하여 슬랙탭(400)의 중심을 지나는 수직축을 기준으로 90도의 각도를 이루도록 배열 형성될 수 있다.

화염홀(120)이 다수로 형성됨으로써, 공급유로(110)로부터 공급되는 산화제와 보조연료를 화염홀(120) 각각에 분산 공급하도록 슬랙탭(400)의 내부에 링 형태의 분산유로(130)가 형성될 수 있다. 한편, 분산유로(130)를 대신하여 공급유로(110)의 형상 변경이나 분기에 의해 다수의 화염홀(120) 각각에 산화제 및 보조연료를 공급하도록 할 수도 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 가스화기(10)는 본체(200), 내화제(300), 그리고, 슬랙탭(400)을 포함하되, 슬랙탭(400)은 상기한 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템(100)이 형성되는데, 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템(100)에 대해서는 이미 상세히 설명하였으므로 그 설명을 생략하기로 한다.

본체(200)는 가스화 반응이 진행되는 반응공간(210)을 제공하는데, 반응공간(210) 내측으로 원료가 유입되면, 가스화 반응에 의해 원료 내의 성분들 중 가연성 물질은 합성가스로 전환되도록 하고, 회분에 해당되는 무기물 성분의 대부분은 용융 슬랙을 생성하여 슬랙탭(400)을 통해 하부로 유입되도록 한다. 또한, 본체(200)는 내벽이 단열내화제(220,230)로 이루어지거나, 내측면에 단열내화제(220,230)가 마련될 수 있으며, 하부에 슬랙 활성 감소제(slag quencher; B)가 채워질 수 있다.

내화재(300)는 본체(200)의 내측면에 마련되고, 화염으로부터 본체(200)를 보호하도록 한다.

슬랙탭(400)은 본체(200)의 내측면에 마련될 수 있고, 상기한 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템(100)이 마련될 수 있으며, 용융 슬랙의 흐름 제어를 위하여 다양한 형태를 가질 수 있는데, 본 실시예에서처럼 상부의 경사면(410)과 하부의 수직면(420)이 서로 연결되도록 형성될 수 있다. 한편, 슬랙탭(400)은 가스화기(10) 전체 직경에 대해 3종류의 내화재 층으로 이루어질 수 있는데, 가스화기(10) 운전시 고온이 형성되므로, 가장 안쪽에는 열전도도는 높지만 고온과 용융 슬랙의 침식에 견딜 수 있는 재질의 2층 내화재와, 그 외곽에 가스화기(10) 내부의 고온을 유지하기 위하여 외부로의 열손실을 최소화할 수 있는 단열내화재로 구성될 수 있다. 여기서, 내화재 및 단열내화재는 전술한 내화재(300)와 본체(200)의 단열내화제(220,230)의 일부가 해당될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템 및 이를 가지는 가스화기의 작용을 설명하기로 한다.

본 발명은 가스화기(10)의 슬랙탭(400) 온도를 고온으로 유지하기 위하여 별도의 슬랙탭 버너를 설치하는 것이 아니라, 슬랙탭(400) 자체에 형성되는 공급유로(110)를 통해서 산화제와 보조연료가 각각 공급되도록 하고, 슬랙탭(400) 자체에서 다수개의 작은 화염홀(120)을 형성하여 균일하게 고온을 유지하도록 화염을 방출함으로써 용융 슬랙의 고형화를 방지하도록 한다.

이와 같이, 화염홀(120), 예컨대 제 1 내지 제 3 화염홀(121,122,123)을 통해서 화염을 형성하도록 함으로써 균일한 온도로 슬랙탭(400) 전체 부위에 대한 가열이 가능하다. 이때 형성되는 화염은 슬랙탭(400)의 내측 둘레를 따라 다수로 형성됨으로써 종래 기술에서 사용되는 슬랙탭 버너의 화염에 비하여 작게 형성되더라도 전체 화염의 열량은 종래 기술의 슬랙탭 버너의 화염 열량과 동일하도록 할 수 있고, 화염홀(120) 각각에 산화제와 보조연료가 균일하게 공급되도록 구성됨으로써 균일한 크기의 화염 형성이 가능해진다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10 : 가스화기
100 : 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템
110 : 공급유로 111 : 산화제공급유로
112 : 보조연료공급유로 120 : 화염홀
121 : 제 1 화염홀 122 : 제 2 화염홀
123 : 제 3 화염홀 130 : 분산유로
200 : 본체 210 : 반응공간
220,230 : 단열내화제 300 : 내화제
400 : 슬랙탭 410 : 경사면
420 : 수직면

Claims

가스화기에 설치되는 버너 시스템에 있어서,
상기 가스화기(10)에 마련되는 슬랙탭(400)의 내부에 산화제와 보조연료가 공급되도록 형성되는 공급유로(110); 및
상기 공급유로(110)에 연결되도록 상기 슬랙탭(400)의 내측 둘레를 따라 다수로 형성되고, 산화제와 보조연료의 연소에 의한 생성되는 화염을 토출시키는 화염홀(120);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 공급유로(110)로부터 공급되는 산화제와 보조연료를 상기 화염홀(120) 각각에 분산 공급하도록 상기 슬랙탭(400)의 내부에 링 형태로 형성되는 분산유로(130)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 공급유로(110)는,
상기 산화제가 공급되는 산화제공급유로(111); 및
상기 보조연료가 공급되는 보조연료공급유로(112);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 화염홀(120)은 상기 슬랙탭(400)에 상하로 다수로 형성되며,
상기 슬랙택(400)의 상부에 형성되는 경사면(410)에 형성되는 제 1 화염홀(121);
상기 슬랙탭(400)의 하부에 형성되는 수직면(420)에 형성되는 제 2 화염홀(122); 및
상기 경사면(410)과 상기 수직면(420)이 만나는 부분에 형성되는 제 3 화염홀(123)을 포함하되,
상기 제 1 화염홀(121), 제 2 화염홀(122) 및 제 3 화염홀(123)은 수직방향을 기준으로 서로 어긋나도록 형성되는 것을 특징으로 하는 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템.
가스화기에 설치되는 버너 시스템에 있어서,
상기 가스화기(10)에 마련되는 슬랙탭(400)에 산화제와 보조연료가 공급되는 공급유로(110)를 형성하고, 상기 슬랙탭(400)에 다수의 화염홀(120)을 형성하여 용융 슬랙의 고형화를 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템.
가스화기에 있어서,
가스화 반응이 진행되는 반응공간(210)을 제공하는 본체(200);
상기 본체(200)의 내측면에 마련되는 내화재(300); 및
상기 본체(200)의 내측면에 마련되는 슬랙탭(400)을 포함하고,
상기 슬랙탭(400)에 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템(100)이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스화기.