KR20150001791A

KR20150001791A - 고체 연료의 가스화를 위한 버너

Info

Publication number: KR20150001791A
Application number: KR1020147030524A
Authority: KR
Inventors: 요하네스 헤르마누스 마리아 디셀호르스트
Original assignee: 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2015-01-06
Also published as: KR102050617B1; EP2834327A1; CN202835334U; CN104204155A; EP2834327B1; WO2013150008A1; CN104204155B

Abstract

본 발명은 고체 연료의 가스화를 위한 버너 (1) 에 관한 것이고, 상기 버너는 고체 연료를 배출하기 위한 환형 개구 (13) 를 갖는 버너 정면부 (2) 및 산소 함유 가스를 배출하기 위한 중앙 개구 (11) 를 포함하고,
연료 배출 개구 (13) 는 중앙 통로부 (5) 에 유체 연통되고 산소 함유 가스를 배출하기 위한 개구 (11) 는 중앙 통로부 (5) 와 동축으로 위치된 산소 통과를 위한 환형 통로부 (6) 에 유체 연통된다. 중앙 통로부 (5) 는 하류 부분 (6) 을 갖고 중앙 통로부 (5) 의 직경은 제 1 길이 (7) 에 걸쳐 증가하고 이어서 버너 정면부 (2) 에 종결되는 제 2 길이 (8) 에 걸쳐 감소한다. 하류 부분 (6) 내측에 중공 부재 (9) 는 일단부 (10) 에서 폐쇄되고 버너 정면부 (2) 에서 또는 근처에서 개구 (11) 를 갖도록 위치된다. 중공 부재 (9) 는 환형 통로 (12) 를 형성하도록 중앙 통로부 (5) 의 증가하는 직경 및 감소하는 직경과 정렬된 증가하는 직경 및 감소하는 직경을 갖는다. 중공 부재 (9) 는 하나 이상의 연결 도관들 (14) 에 의해 산소 함유 가스를 위한 환형 통로부 (6) 와 유체 연통된다.

Description

고체 연료의 가스화를 위한 버너{A BURNER FOR THE GASIFICATION OF A SOLID FUEL}

본 발명은 고체 연료의 가스화를 위한 버너에 관한 것이다. 버너는, 산소-포함 가스를 사용하여, 예를 들면, 가압된 합성 가스, 연료 가스 또는 환원 가스를 생성하기 위해, 가스 운반체에 의해 운반되는 미세하게 분할된 고체 연료, 예를 들면 질소 가스 및/또는 이산화탄소와 같은 가스 운반체에 의해 운반되는 미분탄과 같은 탄소질 연료들의 가스화에서 사용하기 위해 특히 적합하다.

고체 탄소질 연료의 가스화는 산소와 연료의 반응에 의해 얻어진다. 연료는 가연성 성분들로서 탄소 및 수소를 주로 포함한다. 가스-운반되는 미세하게 분할된 탄소질 연료 및 산소 함유 가스는 상대적으로 고속으로 버너에서의 개별적인 채널을 통해 반응기 내로 통과한다. 반응기에서 불꽃은 연료가 1300 ℃ 이상의 온도에서 산소-포함 가스에서의 산소와 반응하여 주로 일산화탄소 및 수소를 형성하도록 유지된다.

다양한 버너 구성들이 종래 기술 분야에서 제안되어 있다. EP-A-328794 에는 미세하게 분할된 석탄이 버너의 종방향 축선을 따라 배치된 중앙 채널을 통해 버너 정면부에 공급되고, 산소-포함 가스는 상기 중앙 채널을 둘러싸는 적어도 하나의 환형 채널을 통해 공급되는 버너가 설명되어 있다. 산소는 버너 정면부에서 석탄의 유동 내에 지향된다.

EP-A-130630 에는 버너 정면부에서, 산소 함유 가스가 고속으로 중앙 채널로부터 배출되고 산소 함유 가스가 저속으로 환형 유출구로부터 배출되는 버너가 설명되어 있다. 고체 연료는 상기 중앙 및 환형 산소 유출구 개구들 사이에 위치된 다수의 유출 개구들로부터 배출된다. 이러한 공보에 따르면, 외부의 저속 산소 스트림은 고온 가스들의 흡입으로 인한 과열에 대해 버너를 보호하는 역할을 한다. 상기 공보에는 버너가 큰 처리량들에 대해 사용된다면, 고체 연료를 위한 유출구 개구들이 바람직하게 환형 형상을 갖지 않는 것이 개시되어 있다. 그러한 구성은 산소들과 모든 고체 연료 입자들의 적절한 접촉을 발생시키지 않는다고 언급되어 있다.

EP-A-328794 에 따른 버너 타입은 매우 성공적으로 상업적으로 사용되고 있다. 그러나, 높은 처리량에서 버너 정면부로의 열-유속은 버너 수명이 매우 짧게 될 수 있는 그러한 값들로 증가한다.

EP-A-130630 에는 불꽃 주위로 저속 산소 실드를 적용함으로써 버너 정면부로의 열 유속의 문제점이 제기되어 있다. EP-A-130630 에 따른 버너의 단점은, 높은 처리량들을 위해 고체 연료가 버너 정면부의 개별적인 채널들을 통과하고 이는 부식 문제점들을 발생시킬 수 있다는 점이다. 또 다른 문제점은 고체 연료 및 산소 함유 가스를 위한 복수의 채널들을 갖는 하나의 금속편이 제작되어야 할 필요가 있다는 사실로 인한 구성의 복잡성이다. 또한, 버너 정면부로의 열 유속은 여전히 합성 가스/산소 불꽃으로 인해 매우 높을 수 있다.

다음의 버너는 높은 처리량들을 위해 사용될 수 있고 종래 기술 분야의 버너들의 단점들을 갖지 않는 버너를 제공하는 것을 목적으로 한다:

고체 연료의 가스화를 위한 버너는 고체 연료를 배출하기 위한 개구를 갖는 버너 정면부 및 산소 함유 가스를 배출하기 위한 하나 이상의 개구들을 포함하고, 고체 연료를 배출하기 위한 개구는 중앙 통로부에 유체 연통되고 산소 함유 가스를 배출하기 위한 개구는 산소의 통과를 위한 환형 통로부에 유체 연통되고,

중앙 통로부는 하류 부분을 갖고 중앙 통로부의 직경은 제 1 길이에 걸쳐 증가하고 이어서 버너 정면부에 종결되는 제 2 길이에 걸쳐 감소하고 중앙 통로부의 하류 부분 내측에, 중공 부재는 일단부에서 폐쇄되고 버너 정면부에서 개구를 갖도록 위치되고, 중공 부재는 고체 연료를 배출하기 위한 내향으로 지향된 환형 개구에서, 버너 정면부에서 종결되는 고체 연료를 위한 환형 통로를 형성하도록 중앙 통로부의 증가하는 직경 및 감소하는 직경과 정렬된 증가하는 직경 및 감소하는 직경을 갖고;

중공 부재는 하나 이상의 연결 도관들에 의해 산소 함유 가스를 위한 환형 통로부와 유체 연통되고 중공 부재의 개구는 산소 함유 가스를 배출하기 위한 개구의 적어도 일부를 형성한다.

본 발명은 또한 상기와 같은 버너를 사용하여 고체 연료의 가스화에 의해 수소 및 일산화탄소를 포함하는 혼합물을 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이고, 산소 함유 가스는 산소 함유 가스를 위한 통로부를 통과하고, 고체 연료 및 캐리어 가스는 중앙 통로를 통과하고 가스화는 버너 정면부에서 발생된다.

출원인들은 EP-A-130630 의 시사들과 대조적으로, 고체 연료를 위한 환형 개구를 갖는 버너는 높은 처리량 작업을 위해 제공될 수 있다는 것을 발견하였다. 산소 함유 가스를 위한 하나 이상의 개구들을 통해 모든 산소를 지향시킴으로써 고체 연료와의 충분한 접촉이 달성된다. 상세한 컴퓨터 시뮬레이션들은 불꽃이 버너 정면부로부터 다소 리프팅될 것을 예측한다. 이는 버너 정면부로의 열 유속을 상당히 감소시키고 이로써 상기 버너 정면부 및 고체 연료를 위한 환형 통로 및 산소 함유 가스를 배출하기 위한 하나 이상의 개구들을 분리하는 림의 수명을 연장시킨다.

본 발명에 따른 버너는 EP-A-130630 에 따른 버너에서와 같이 보다 낮은 속도로 산소 함유 가스를 배출하기 위한 외부의 환형 유출구를 갖지 않는다. 중공 부재 및 중앙 통로부의 치수들에서 정렬로 인해 고체 연료의 유동 경로는 부식을 제한하는 결과로 된다.

본원에서 사용된 바와 같은 용어 '산소-포함 가스' 는 유리 산소를 포함하는 가스, O₂ 를 칭하고 공기, 산소-과급된 공기 (즉, 산소가 21 몰 % 이상) 및 또한 실질적으로 순수 산소 (즉, 산소가 약 95 몰 % 이상) 를 포함하도록 의도되고, 나머지는 질소, 및/또는 희귀 가스들와 같은 공기에 일반적으로 존재하는 가스들을 포함한다.

본원에서 사용된 바와 같은 용어 '고체 탄소질 연료' 는 다양한, 가스 운반되는, 가연성 재료들 및 석탄, 석탄으로부터의 코크스, 석탄 액화 잔여물들, 석유 코크스, 그을음, 바이오 매스, 및 오일 셰일, 타르 샌드들 및 피치 (pitch) 로부터 유래된 미립자형 고체들의 그룹으로부터의 그 혼합물들을 포함하도록 의도된다. 석탄은 갈탄, 아역청탄 (sub-bituminous), 역청탄 (bituminous) 및 무연탄을 포함하는 임의의 타입일 수 있다. 고체 탄소질 연료들은 바람직하게 재료의 적어도 약 90 중량 % 가 90 미크론보다 작고 함수율이 약 5 중량 % 보다 작은 입자 사이즈로 연마된다. 고체 연료는 캐리어 가스, 바람직하게 질소 또는 이산화탄소와 혼합되어 버너에 공급된다.

본원에서 사용된 바와 같은 용어 고용량 버너는 고체들이 3 kg/초 이상으로 환형 개구로부터 배출되는 프로세스를 포함하도록 의도된다. 그러한 고용량 버너의 환형 개구의 폭은 바람직하게 4 mm 이상이다. 환형 개구로부터 배출될 때 고체들의 바람직한 속도는 5 내지 15 m/s 이다.

산소 함유 가스를 위한 개구는 버너 정면부에서의 단일한 중앙 개구일 수 있거나 또는 상이하게 구성될 수 있고, 예를 들면, 버너 정면부의 상류에서 거리를 두고서 배열될 수 있다. 비수직의 버너들에 있어서, 특히 수평의 버너들에 있어서, 그러한 들어간 (retracted) 개구는 버너 정면부로부터 아래로 유동하는 슬래그에 의한 막힘의 위험을 감소시킨다.

추가의 구체적인 실시형태에서, 개구는 예를 들면 동축일 수 있는 복수의 개구들을 포함할 수 있다. 그러한 배열은 예를 들면 저속 도관의 단부에서 중앙 개구, 및 고속 도관의 단부에서 환형 개구를 포함할 수 있고, 상기 환형 개구는 고체 연료를 배출하기 위한 내향으로 지향된 환형 개구에 의해 둘러싸인다. 그러한 배열에서, 산소 및 연료의 혼합은 버너 정면부로부터 실질적으로 보다 짧은 거리에서 완료된다. 선택적으로, 중앙 도관의 종방향 축선은 환형 도관의 종방향 축선으로부터 오프셋될 수 있고, 예를 들면, 중앙 도관은 환형 채널의 중앙에 대해 하향으로 오프셋될 수 있다. 수평의 버너들에 있어서, 이는 중력을 영향을 보상하여 고체 연료 유출을 균일하게 한다. 그러한 버너 배열에 있어서 중앙 개구는 예를 들면 10 내지 30 m/s 의 속도로써 산소 함유 가스를 배출할 수 있는 한편, 중앙 개구 주위에 환형 개구는 30 내지 100 m/s 의 속도로써 산소 함유 가스를 배출하고, 환형 개구로부터 배출되는 연료는 5 내지 15 m/s 의 속도로 배출된다.

추가의 구체적인 실시형태에서, 산소 함유 가스를 위한 개구는 연료 배출 개구의 종방향 축선으로부터 거리를 두고서 종방향 축선을 갖는 하나 이상의 개구들을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 개구는 연료 배출 개구의 중앙 지점 아래에서 거리를 두고서 존재할 수 있다. 수평의 버너들에 있어서, 이는 중력의 영향을 보상하여 연료 유출을 균일하게 한다.

버너는 고체 연료의 가스화에 의해 수소 및 일산화탄소의 혼합물을 제조하기 위한 프로세스를 실행하는 데 특히 적합하고, 산소 함유 가스는 통로부를 통과하고, 고체 연료 및 캐리어 가스는 중앙 통로를 통과하고 가스화는 버너 정면부에서 발생된다.

도 1 은 버너의 제 1 예시적인 실시형태의 정면 부분의 종방향 섹션을 도시하고;
도 2 는 도 1 의 버너의 단면 섹션 (AA') 을 도시하고;
도 3 은 버너의 제 2 예시적인 실시형태의 정면 부분의 종방향 섹션을 도시하고;
도 4 는 버너의 제 3 예시적인 실시형태의 정면 부분의 종방향 섹션을 도시한다.

도 1 은 버너 (1) 의 정면 부분의 종방향 섹션을 도시한다. 버너 (1) 는 고체 연료를 배출하기 위한 개구 (13) 를 갖는 버너 정면부 (2) 및 산소 함유 가스를 배출하기 위한 단일한 중앙 개구 (11) 를 갖는다. 고체 연료를 배출하기 위한 개구 (13) 는 중앙 통로부 (5) 에 유체 연통된다. 통로 (6) 는 중앙 통로부 (5) 와 동축으로 위치된다.

중앙 통로부 (5) 는 하류 부분을 갖고 중앙 통로부 (5) 의 직경은 제 1 길이 (7) 에 걸쳐 증가하고 이어서 버너 정면부 (2) 에서 종결되는 제 2 길이 (8) 에 걸쳐 감소한다. 중앙 통로부의 하류 부분 (6) 내측에는 중공 부재 (9) 가 일단부 (10) 에서 폐쇄되고 버너 정면부 (2) 로부터 상류에 거리를 두고서 개구 (11) 를 갖도록 위치된다. 중공 부재 (9) 는 고체 연료를 배출하기 위한 내향으로 지향된 환형 개구 (13) 에서, 버너 정면부 (2) 근처에서 종결되는 고체 연료를 위한 환형 통로 (12) 를 형성하도록 중앙 통로부 (5) 의 증가하는 직경 및 감소하는 직경과 정렬된 증가하는 직경 및 감소하는 직경을 갖는다. 직경에서의 정렬은 유동 방향이 점진적으로만 변경되어 부식을 제한하도록 선택될 수 있다.

중공 부재 (9) 는 바람직하게 중공 부재 (9) 의 증가하는 직경 및 감소하는 직경과 정렬된 내부의 증가하는 직경 (15) 및 내부의 감소하는 직경 (16) 을 갖는다. 이는 원뿔 형상의 부분 및 절단된 원뿔 형상의 부분을 갖는 중공 부재에서 중공 공간을 규정한다. 중공 부재 (9) 는 하나 이상의 연결 도관들 (14) 에 의해 산소 함유 가스를 위한 환형 통로부 (6) 와 유체 연통된다. 연결 도관들 (14) 은 또한 중공 부재 (9) 를 중앙 통로부 (5) 내에 위치된 채로 유지하는 스페이서들이다. 도관들 (14) 의 구성은, 사용될 때 소용돌이가 고체들의 유동에 또는 산소 함유 가스에 또는 양쪽에 부여되도록 존재할 수 있다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 연결 도관들 (14) 은 직경 (15) 을 갖는 중공 부재 (9) 의 분기하는 부분에 그리고 그렇지 않다면 원뿔 부분에 위치된 배출 개구 (17) 를 갖는다. 배출 개구들 (17) 은 타원체 형태를 적절히 갖고, 보다 긴 치수는 버너의 축선과 정렬된다. 도시된 실시형태에서 개구들 (14) 의 수는 3 개이다. 원한다면 보다 적은 또는 보다 많은 개구들 (14) 이 또한 사용될 수 있다.

도 1 은 또한 그 절단된 원뿔 형상의 단부에서 중공 부재의 개구 (11) 를 도시하고 상기 개구는 산소 함유 가스를 배출하기 위한 개구이다. 산소 함유 가스를 배출하기 위한 개구 (11) 는 따라서 중공 부재 (9) 및 연결 도관들 (14) 을 통해 산소 함유 가스의 통과를 위한 환형 통로부 (6) 에 유체 연통된다.

중공 부재 (9) 의 하류 단부는 림 (25) 을 형성한다. 림 (25) 및 개구 (11) 는 버너 정면부 (2) 의 상류에 거리를 두고서 존재한다. 이는 산소와 혼합되기 전에 합성 가스와 희석된 석탄의 파편을 감소시키고, 특히 버너가 수직이지 않은, 예를 들면 수평인 경우에 버너 정면부 (2) 로부터 아래로 유동하는 액체 슬래그에 의한 막힘의 위험을 감소시키고, 예를 들면, 버너의 셧 다운 이후에 림 (25) 을 향하는 열 유속을 감소시킨다.

중공 부재 (9) 의 치수들 및 형상은 산소 함유 가스가 고르게 분산된 유동으로 그 개구 (11) 로부터 배출되도록 선택될 수 있다. 바람직하게 이러한 개구로부터 배출될 때 산소 함유 가스의 속도는 30 내지 90 m/s 이다. 중공 부재의 형상은 버너 정면부 (2) 를 향해 뾰족한 원뿔 단부 및 절단된 원뿔형 단부를 포함하고, 양쪽 부분들은 관형 부분을 통해 직접 또는 선택적으로 연결된다. 원뿔 단부 (10) 의 상단의 경사들에 의해 만들어진 각도는 바람직하게 5 내지 35 °이다. 이러한 각도는 바람직하게 고체들의 유동이 중앙 통로부 (5) 로부터 환형 통로부 (12) 로 흘러 나오는 (debouched) 지점에서 부식을 제한하도록 너무 커서는 않된다. 절단된 원뿔형 부분의 형상은 바람직하게 고체 연료를 배출하기 위한 내향으로 지향된 환형 개구 (13) 의 최종 유출 방향과 버너 (1) 의 축선 사이의 각도가 5 내지 35 °로 되도록 선택된다.

바람직하게 산소 함유 가스를 배출하기 위한 개구 (11) 로부터 고체 연료를 배출하기 위한 개구 (13) 를 분리하는 중공 부재 (9) 의 림 (25) 의 폭은 0.5 내지 3 mm 이다. 고체 연료를 배출하기 위한 내향으로 지향된 환형 개구 (13) 의 유출 방향과 버너 (1) 의 축선에 의해 형성된 바와 같은 각도는 바람직하게 5 내지 35 °이다. 이러한 범위 내에서 산소 함유 가스와 연료 사이에 최적의 접촉이 달성되는 한편 또한 불꽃의 충분한 리프팅 (lifting) 및 따라서 열 유속의 감소가 달성된다는 것을 발견하였다.

도 1 의 버너는 또한 환형 통로부 (6) 주위에 위치된 냉각수를 위한 바람직한 환형 통로부 (19) 를 갖는다. 통로부 (19) 주위에는 환형 통로부 (20) 가 복귀 냉각수를 위해 존재한다. 적절하게 통로부들 (6), (19) 및 (20) 은 중앙 통로부 (5) 를 위한 중앙 개구, 통로부 (19) 로부터 냉각 재킷 (23) 으로의 새로운 냉각수의 통과를 위한 복수의 개구들 (24) 및 냉각 재킷 (23) 으로부터 통로부 (20) 로 사용된 냉각수의 통과를 위한 복수의 개구들 (22) 이 제공된 연결 블록 (21) 에서 종결된다. 연결 블록 (21) 의 존재는 가능하게 손상된 중공 부재 (9) 를 다른 것과 간단히 교체하는 것을 가능하게 하므로 유리하다. 중공 부재의 절단된 원뿔형 부분은 연결 블록 (21) 으로부터의 중앙 통로부 (5) 의 절단된 원뿔형 벽 부분 (26) 및 냉각 재킷 (23) 을 절단함로써 제거될 수 있다. 연결 블록 (21) 은 중앙 통로부 (5) 의 직경이 본원에 설명된 바와 같이 간단한 제거를 허용하도록 증가하는 직경으로부터 감소하는 직경으로 반대로 되는 지점에 적절히 위치된다.

냉각 재킷 (23) 은 바람직하게 앞서 언급된 EP-A-328794 에 설명된 바와 같은 또는 CN-A-101363624 에 설명된 바와 같은 냉각 재킷이다. 그러한 냉각 재킷 (23) 은 연결 블록 (21) 에서 시작하고 버너 정면부 (2) 에서 종결하는 버너 섹션의 외부를 규정하는 이중 벽들 (28, 29) 을 갖는다. 이중 벽들 (28, 29) 은 버너 정면부 (2) 의 부분 및 상기 버너 섹션을 둘러싸는 냉각수를 위한 유동 경로를 규정하는 하나 이상의 배플들 (30) 에 의해 이격된다. 냉각수는 중앙 통로부 (5) 의 벽 (26) 및 벽 (29) 에 의해 규정된 냉각수 격실 (31) 로부터 개구 (32) 를 통해 버너 정면부 (2) 로 진입한다. 냉각수 격실 (31) 은 개구들 (24) 를 통해 통로부 (19) 에 유체 연통된다.

산소 함유 가스, 고체 연료, 새로운 그리고 사용된 냉각수를 위한 공급 연결부들을 갖는 버너 (1) 의 단부는 도 1 에 도시 생략된다. CN-A-101363622 에 설명된 바와 같은 구성은 이러한 목적을 위해 적절하게 사용될 수 있다.

도 2 에 사용된 도면 부호들은 상기 설명된 바와 같이 동일한 의미를 갖는다. 뿐만 아니라 도 2 는 환형 통로부 (20) 의 외부 벽 (27) 을 도시한다. 도 2 는 세개의 개구들 (17) 을 갖는 실시형태를 도시한다. 도 1 에서 세개의 개구들의 단지 하나의 연결 도관 (14) 및 하나의 개구 (17) 만이 명료성을 위해 도시된다.

도 3 은 도 1 의 버너 (1) 와 동일한 정도의 크기인 수평으로 배열된 버너 (40) 를 도시한다. 도 3 에 사용된 도면 부호들은 상기 설명된 바와 동일한 의미를 갖는다. 도 1 의 버너 (1) 와의 주요한 차이점은 중공 부재 (9) 가 중앙 통로부 (5) 의 종방향 축선 (B) 아래에 거리 (X) 로 종방향 축선 (A) 을 갖는다는 점이다. 환형 통로 (12) 의 방사상 폭이 하부 측에서보다 상부측에서 큰 결과로서, 따라서 체적 유출은 환형의 연료 유출구 개구 (13) 의 상단 측에서 보다 클 것이다. 이는 연료 유출구 (13) 의 상부 부분에서의 석탄 밀도가 연료 유출구 (13) 의 하부 부분에서의 석탄 밀도보다 낮다는 사실에 대해 보상한다.

도 3 의 실시형태에서, 림 (25) 및 개구 (11) 는 버너 정면부 (2) 에 존재한다. 대안적인 실시형태에서, 림 (25) 및 개구 (11) 는 도 1 의 실시형태와 유사하게 버너 정면부 (2) 의 상류에 거리를 두고서 존재할 수 있다.

도 4 는 도 1 의 버너 (1) 및 도 3 의 버너 (40) 와 동일한 정도의 크기인 수평의 버너 (50) 를 도시한다. 도 4 에서 사용된 도면 부호들은 상기 설명된 바와 같이 동일한 의미를 갖는다. 도 4 의 실시형태에서, 개구 (11) 는 산소 함유 가스를 배출하기 위한 중앙 개구 (11) 를 포함하는 복수의 동축의 개구들을 포함하고, 상기 중앙 개구 (11) 는 저속 도관 (51) 의 하류 단부에서 개구 (60) 및 고속 도관 (53) 의 하류 단부에서 내향으로 지향된 환형 개구 (52) 를 포함한다. 환형 개구 (52) 는 고체 연료를 배출하기 위한 내향으로 지향된 환형 개구 (13) 에 의해 둘러싸인다. 제 2 수직 연결 블록 (54) 은 상류 측 (55) 및 하류 측 (56) 으로 중공 부재 (9) 의 내부를 분할한다. 실질적으로 절단된 원뿔형 벽 (57) 은 제 2 연결 블록으로부터 개구 (11) 로 연장된다. 절단된 원뿔형 벽 (57) 은 중공 부재 (9) 의 벽에 대해 실질적으로 평행하게 진행한다.

제 2 연결 블록 (54) 에는 중앙 통로부 (5) 와 절단된 원뿔형 벽 (57) 의 내부 사이에 개방된 연결부를 제공하는 중앙 개구 (58) 가 제공된다. 이러한 방식으로 절단된 원뿔형 벽 (57) 의 내부는 제 1 산소 공급 도관 (51) 을 규정한다.

제 2 연결 블록 (54) 에는 또한 절단된 원뿔형 벽 (57) 과 중공 부재 (9) 사이에 하류 환형 공간과 중앙 통로부 (5) 사이에 개방된 연결부를 제공하는 원형 정렬의 개구들 (59) 이 제공된다. 이러한 환형 공간은 제 2 산소 공급 도관 (52) 을 규정한다. 제 2 연결 블록 (54) 에서 중공 부재 (9), 절단된 원뿔형 벽 (57) 및 개구들 (58, 59) 의 치수들은 환형 도관 (53) 에서 고속 산소 유동 및 중앙 도관 (51) 에서 저속 산소 유동을 얻도록 치수 설정된다. 이는 산소와 연료 사이의 혼합이 완료되는 하류 지점과 버너 정면부 (2) 사이의 거리를 감소시킨다.

도 4 의 실시형태에서 절단된 원뿔형 벽의 종방향 축선은 중공 부재 (9) 및 버너 (50) 의 종방향 축선과 실질적으로 일치한다. 대안적인 실시형태에서, 절단된 원뿔형 벽 (57) 의 종방향 축선은 중공 부재 (9) 의 종방향 축선으로부터 오프셋되고 및/또는 버너 (50) 의 종방향 축선으로부터 오프셋될 수 있다. 특히 비수직의, 예를 들면 수평의 버너들에 있어서, 절단된 원뿔형 벽 (57) 의 하향으로 오프셋 배열은 환형 통로부 (52) 에서 밀도 분산의 비균일성을 보상하는 데 기여할 수 있다.

Claims

고체 연료의 가스화를 위한 버너 (1, 40, 50) 로서,
고체 연료를 배출하기 위한 개구 (13) 를 갖는 버너 정면부 (2), 및
산소 함유 가스를 배출하기 위한 개구 (11) 를 추가로 포함하고,
상기 고체 연료를 배출하기 위한 상기 개구 (13) 는 중앙 통로부 (5) 에 유체 연통되고,
상기 산소 함유 가스를 배출하기 위한 상기 개구 (11) 는 산소의 통과를 위한 환형 통로부 (6) 에 유체 연통되고,
상기 중앙 통로부 (5) 는 하류 부분을 갖고 상기 중앙 통로부 (5) 의 직경은 제 1 길이 (7) 에 걸쳐 증가하고 이어서 상기 버너 정면부 (2) 에서 종결되는 제 2 길이 (8) 에 걸쳐 감소하고,
상기 중앙 통로부의 상기 하류 부분 내측에 중공 부재 (9) 가 일단부 (10) 에서 폐쇄되도록 위치되고, 상기 중공 부재 (9) 는 상기 고체 연료를 배출하기 위한 내향으로 지향된 환형 개구 (13) 에서, 버너 정면부 (2) 에서 종결되는 상기 고체 연료를 위한 환형 통로 (12) 를 형성하도록 상기 중앙 통로부 (5) 의 증가하는 직경 및 감소하는 직경과 정렬된 증가하는 직경 및 감소하는 직경을 갖고,
상기 중공 부재 (9) 는 하나 이상의 연결 도관들 (14) 에 의해 상기 산소 함유 가스를 위한 상기 환형 통로부 (6) 와 유체 연통되고,
상기 개구 (11) 는 상기 버너 정면부 (2) 의 상류에 거리를 두고서 존재하는, 고체 연료의 가스화를 위한 버너.
제 1 항에 있어서,
상기 개구 (11) 는 복수의 개구들 (52, 60) 을 포함하는, 고체 연료의 가스화를 위한 버너.
제 2 항에 있어서,
상기 개구 (11) 의 상기 개구들은 동축인, 고체 연료의 가스화를 위한 버너.
제 3 항에 있어서,
상기 개구 (11) 의 상기 개구들은 저속 도관 (51) 의 단부에서 중앙 개구 (60) 및, 고속 도관 (53) 의 단부에서 환형 개구 (52) 를 포함하고, 상기 환형 개구는 상기 고체 연료를 배출하기 위한 상기 내향으로 지향된 환형 개구 (13) 에 의해 둘러싸이는, 고체 연료의 가스화를 위한 버너.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중공 부재 (9) 는 상기 중앙 통로부 (5) 의 종방향 축선 아래에 거리를 두고서 종방향 축선을 갖는, 고체 연료의 가스화를 위한 버너.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중공 부재 (9) 의 하류 단부는 림 (25) 을 형성하고 상기 림 (25) 및 상기 개구 (11) 는 상기 버너 정면부 (2) 의 상류에 거리를 두고서 존재하는, 고체 연료의 가스화를 위한 버너.
제 6 항에 있어서,
림 (25) 의 폭은 0.5 내지 3 mm 인, 고체 연료의 가스화를 위한 버너.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 연료를 배출하기 위한 상기 내향으로 지향된 환형 개구 (13) 의 유출 방향과 상기 버너 (1) 의 축선에 의해 형성되는 각도는 5 내지 35 °인, 고체 연료의 가스화를 위한 버너.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 버너를 사용하여 고체 연료의 가스화에 의해 수소 및 일산화탄소의 혼합물을 제조하는 프로세스로서,
산소 함유 가스는 통로부 (6) 를 통과하고, 고체 연료 및 캐리어 가스는 중앙 통로 (5) 를 통과하고, 가스화는 상기 개구 (11) 및 연료 배출 개구 (13) 의 하류에서 발생하는, 고체 연료의 가스화에 의해 수소 및 일산화탄소의 혼합물을 제조하는 프로세스.
제 9 항에 있어서,
상기 개구 (11) 는 10 내지 30 m/s 의 속도로써 산소 함유 가스를 배출하는 중앙 개구, 및 30 내지 100 m/s 의 속도로써 산소 함유 가스를 배출하는 상기 중앙 개구 주위의 환형 개구를 포함하는 한편, 상기 환형 개구 (13) 로부터 배출되는 상기 고체 연료는 5 내지 15 m/s 의 속도를 갖고, 환형의 연료 배출 개구 (13) 는 환형의 산소 배출 개구를 둘러싸는, 고체 연료의 가스화에 의해 수소 및 일산화탄소의 혼합물을 제조하는 프로세스.