KR20150037412A - 다단 연소식 가스화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다단 연소식 가스화 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 석탄 분리 헤더에 구비된 필터에 의해 석탄을 입자의 크기별로 분리하여 입자가 큰 석탄일수록 가스화기의 하부로 주입하고, 작은 석탄일수록 가스화기의 상부로 주입하여, 석탄의 크기에 따라 가스화기 내에서 체류하는 시간을 달리하여 탄소 전환율을 높이는데 있다.

Description

다단 연소식 가스화 장치{Multi-stage Gasification Apparatus}
본 발명은 다단 연소식 가스화 장치에 관한 것이다.
가스화기는 석탄의 연소에 필요한 당량 미만의 산소가 주입되면, 부분 연소 조건에 있으며, 석탄 입자와 이산화탄소(CO2), 또는 석탄 입자와 수증기(H2O)와의 가스화 반응이 흡열반응이기 때문에 탄소전환율(carbon conversion)로 대변되는 반응도의 제어가 쉽지 않다. 여기서, 탄소전환율이란 연료 속에 함유되어 있는 탄소(C)가 반응을 마치고 배출될 때 기체 성분으로 내에 포함된 탄소의 분율을 의미하는 것으로, 가스화기의 성능을 가늠하는 중요한 공정 인자 중 하나이다.
그리고 석탄과 이산화탄소, 또는 석탄과 수증기의 반응은 전형적인 고체-기체 간의 접촉에 의한 불균일 반응이며, 불균일 반응에 대한 반응성을 예측하기 위한 다수의 수학적 모델과 실험 결과가 보고되었다.
도 1에는 불균일 반응 모델 중 하나인 미반응 핵수축 모델(unreactied core shrinking model)에 입각하여 시간(t)이 지남에 따라 탄소 전환율(X)이 석탄 입자의 크기(rR)에 따라 어떻게 변화하는지를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 석탄의 입자가 증가할수록 주어진 탄소전환율(X)을 얻기 위해 요구되는 시간(가스화기내 석탄의 체류 시간)이 증가한다. 예를 들어 석탄의 반지름(rR)이 100㎛인 경우 90%의 탄소전환율 달성에 필요한 가스화기내 체류시간은 0.2초가 채 안되지만 반지름(rR)이 500㎛로 증가하면 그 시간이 약 2초로 증가한다. 물론 입자의 크기를 고려하여 반응기의 길이나 크기를 충분히 길고 크게 설계할 수도 있으나 이는 플랜트의 규모나 건설 비용 증가에 따른 경제적, 기술적 불이익을 증가 시킬 수 있다.
현재 상용화된 가스화기는 대부분 이러한 석탄 입자의 직경을 고려하지 않은 채 모든 석탄입자가 동일한 시간동안 가스화기내에 체류하게끔 설계되어 있어, 직경이 큰 석탄 입자의 경우, 미반응 탄소를 함유한 채 가스화기를 빠져나올 수 있으며, 이는 탄소전환율을 저하 시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 석탄 분리 헤더에 구비된 필터에 의해 석탄을 입자의 크기별로 분리하여 입자가 큰 석탄일수록 가스화기의 하부로 주입하고, 작은 석탄일수록 가스화기의 상부로 주입하여, 석탄의 크기에 따라 가스화기 내에서 체류하는 시간을 달리하여 탄소 전환율을 높일 수 있는 다단 연소식 가스화 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 다단 연소식 가스화 장치는 내부에 필터를 구비하여 석탄을 크기별로 분리하여 배출하는 석탄분리헤더 및, 상기 석탄 분리 헤더를 통해 분리된 석탄을 크기별로 주입 받아 가스화하는 가스화기를 포함하며, 상기 가스화기는 상향식 가스화기로, 큰 석탄일수록 가스화기의 내부에 머무르는 시간이 크도록 하단으로 주입받고, 작은 석탄일수록 가스화기의 내부에 머무르는 시간이 작을수록 상단으로 주입받을 수 있다.
상기 석탄 분리 헤더는 하부로 주입된 석탄을 1차로 분리하기 위해 기공을 갖는 하부 필터 및, 상기 하부 필터에서 분리된 석탄을 2차로 분리하기 위해 상기 하부필터의 기공 보다 작은 기공을 갖는 상부 필터를 포함할 수 있다.
상기 석탄 분리 헤더는 상기 하부 필터 및 상기 상부 필터를 통해, 석탄을 입자의 크기별로 3단계로 필터링할 수 있다.
상기 가스화기는 상단에 장착된 상단 석탄 버너와, 중단에 장착된 중단 석탄 버너 및, 하단에 장착된 하단 석탄 버너를 포함하며, 상기 하단 석탄 버너로 주입된 석탄의 크기가 상기 중단 석탄 버너로 주입된 석탄의 크기보다 더 크고, 상기 중단 석탄 버너로 주입된 석탄의 크기가 상기 상단 석탄 버너로 주입된 석탄에 비해서 더 클 수 있다.
상기 가스화기는 상기 상단 석탄 버너, 상기 중단 석탄 버너 및 상기 하단 석탄 버너로 공급되는 산소를 각각 제어하기 위한 산소량 조절 밸브와 연결될 수 있다.
상기 가스화기에서 배출된 미분탄을 내부에 구비된 필터로 크기별로 분리하여, 상기 가스화기로 주입하는 미분탄 분리헤더를 더 포함할 수 있다.
상기 가스화기는 상기 상단 석탄 버너와 상기 중단 석탄 버너 사이에 장착된 상중단 미분탄 버너 및, 상기 중단 석탄 버너와 상기 하단 석탄 버너 사이에 장착된 중하단 미분탄 버너를 더 포함하며, 상기 중하단 미분탄 버너로 주입된 미분탄의 크기가 상기 상중단 미분탄 버너로 주입된 미분탄의 크기보다 더 클 수 있다.
상기 상단 석탄 버너와 상기 석탄 분리 헤더 사이를 연결하는 상단 석탄유로와, 상기 중단 석탄 버너와 상기 석탄 분리 헤더 사이를 연결하는 중단 석탄유로와, 상기 하단 석탄 버너와 상기 석탄 분리 헤더 사이를 연결하는 하단 석탄유로에는 각각 유로 내의 석탄 유량을 조절하기 위한 가변 분체유량 조절기가 구비될 수 있다.
상기 상단 석탄유로와 상기 중단 석탄유로 사이와, 상기 중단 석탄유로와 상기 하단 석탄유로 사이에는 두 개의 유로 사이의 압력 차이에 따라 석탄 유량 이동이 가능하도록 구비된 가변 분체 유량 조절기가 더 구비될 수 있다.
본 발명에 의한 다단 연소식 가스화 장치는 석탄 분리 헤더에 구비된 필터에 의해 석탄을 입자의 크기별로 분리하여 입자가 큰 석탄일수록 가스화기의 하부로 주입하고, 작은 석탄일수록 가스화기의 상부로 주입하여, 석탄의 크기에 따라 가스화기 내에서 체류하는 시간을 달리하여 탄소 전환율을 높일 수 있게 된다.
도 1은 석탄의 크기와 시간 경과에 따른 탄소 전환율을 도시한 타이밍도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 연소식 가스화 장치를 도시한 구조도이다.
도 3은 도 2의 가스화기의 석탄 버너 및 미분탄 버너의 장착의 일예를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시에에 따른 다단 연소식 가스화 장치를 도시한 구조도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 연소식 가스화 장치를 도시한 구조도가 도시되어 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이 다단 연소식 가스화 장치(100)는 가스화기(110), 석탄을 입자 크기 별로 분리하기 위한 필터가 내부에 구비하여, 석탄을 크기별로 분리하여 가스화기(110)로 주입하는 석탄 분리 헤더(130) 및 가스화기(110)를 통해 배출된 미분탄을 입자 크기별로 분리하기 위한 필터가 내부에 구비된 미분탄 분리 헤더(150)를 포함 할 수 있다.
상기 다단 연소식 가스화 장치(100)는 석탄 공급부(1)를 통해 석탄이 공급되고, 질소 공급부(2)를 통해 질소가 공급되며, 상기 석탄공급부(1)와 상기 질소 공급부(2)에서 각각 공급되는 석탄과 질소는 유속 증가 장치(3)에서 혼합되어, 석탄 분리 헤더(130)로 인가된다. 또한 미분탄 분리 헤더(150)에서 입자별로 크기가 분리된 미분탄은 상기 질소 공급부(2)를 통해 공급되는 질소와 유속 증가 장치(7,8)를 통해 혼합되어, 가스화기(110)로 공급될 수 있다.
상기 가스화기(110)는 기체가 하부에서 상부방향으로 흐르는 상향식 가스화기일 수 있다. 상기 가스화기(110)는 상단, 중단 및 하단에 각각에 4개의 석탄 버너(111, 112, 113)가 장착되며, 상단 과 중단 사이, 중단과 하단 사이에 4개의 미분탄 버너(114, 115)가 장착될 수 있다. 즉, 가스화기(110)는 가스화기(110)의 상단에 장착된 상단 석탄버너(111) 4개와, 가스화기(110) 중단에 장착된 중단 석탄 버너(112) 4개와, 가스화기(110) 하단에 장착된 하단 석탄 버너(113) 4개를 구비한다. 또한 가스화기(110)는 상단 석탄 버터(111)와 중단 석탄 버너(112) 사이에 장착된 상중단 미분탄 버너(114) 4개와, 중단 석탄 버터(112)와 하단 석탄 버너(113) 사이에 장착된 중하단 미분탄 버너(115) 4개를 더 구비한다.
상기 가스화기(110)에 장착된 석탄 버너(111, 112, 113)와 미분탄 버너(114, 115)는 가스화기(110) 내부의 유체의 소용돌이(swirl)를 만들며, 상부방향으로 이동 가능하도록 비스듬하게 장착될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 가스화기(110)에 장착된 석탄 버너(111, 112, 113)와 미분탄 버너(114, 115)는 평면상에서 45도 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 가스화기(110)의 상단에 장착된 4개의 상단 석탄 버너(111)는 90도 간격을 갖도록 배치될 수 있고, 가스화기(110)의 상중단 미분탄 버너(114)는 서로 90도 간격으로 갖고, 각각 상단 석탄 버너(111)와 평면상으로 45도 간격을 갖도록 배치된다.
상기 각 단의 석탄 버너(111, 112, 113)는 산소 공급 유로와 연결되어, 고압 산소 공급 장치(5)에서 공급되는, 고압의 산소를 공급 받는다. 상기 각 단의 석탄 버너(111, 112, 113)와 고압 산소 공급 장치(5) 사이 각각에는 산소 공급량 조절 밸브(5a, 5b, 5c)가 장착되어, 상단 석탄버너(111), 중단 석탄버너(112) 및 하단 석탄버너(113) 각각에 공급되는 산소량을 조절할 수 있다. 즉, 가스화기(110)는 각 단으로 공급되는 석탄과 산소의 비가 최적의 값으로 유지되기 위해서, 각 단의산소 공급량 조절 밸브(5a, 5b, 5c)의 개도를 조절하여 석탄 버너(111, 112, 113)로 인가되는 산소량을 제어할 수 있다. 상기 가스화기(110)는 석탄에 비해 산소량이 많을 경우 탄소의 산화반응이 우세하게 일어나고, 산소량이 적을 경우 탄소의 환원반응이 우세하게 일어나므로, 산소 공급량 조절 밸브(5a, 5b, 5c)의 조절을 통해 각 단의 가스화 반응이 조절할 수 있다.
상기 석탄 분리 헤더(130)는 하부 방향에서 공급된 석탄을 입자 크기별로 분리하기 위한 필터(131a, 131b)를 구비한다. 상기 필터(131a, 131b)는 석탄 분리 헤더(130)의 내부의 상부에 장착된 상부 필터(131b)와, 내부의 하부에 장착된 하부 필터(131a)를 포함한다. 즉, 석탄 분리 헤더(130)는 상부와 하부에 각각 장착된 2개의 필터(131a, 131b)를 구비한다. 상기 상부 필터(131b)와 하부 필터(131a)는 기공을 갖는 세라믹 또는 메탄 재질의 필터일 수 있다. 그리고 상부 필터(131b)의 기공이, 하부 필터(131a)의 기공에 비해서 더 작을 수 있다. 상기 상부 및 하부 필터를 대신하여 고온 고압 필터를 통해 입자를 크기별로 구별할 수 도 있다.
상기 석탄 분리 헤더(130)는 하부 방향에서 공급되어 상부 방향으로 이동하는 석탄을 기공이 큰 하부 필터(131a)에서 분리후, 기공이 작은 상부 필터(131b)에서 2차적으로 분리할 수 있다. 즉, 석탄 분리 헤더(130)는 석탄을 입자의 크기별로 하부 필터(131a)의 기공 보다 큰 제1석탄, 하부 필터(131a)의 기공 보다 작고 상부 필터(131b)의 기공보다 큰 제2석탄 및 상부 필터(131b)의 기공보다 작은 제3석탄으로 분리할 수 있다. 즉, 상기 상부 필터(131b)와 하부 필터(131a)의 기공 크기를 조절하여, 석탄 분리 헤더(130)의 각 단으로 분리되는 입자의 크기를 결정할 수 있다.
상기 석탄 분리 헤더(130)는 분리된 제1석탄을 하단 석탄유로(135a)로 배출하고, 제2석탄을 중단 석탄유로(135b)로 배출하며, 제3석탄을 상단 석탄유로(135c)로 배출한다. 그리고 석탄 분리 헤더(130)는 각 석탄유로(135a, 135b, 135c)로 배출되는 석탄의 유량을 확인하기 위한 유량계(133a, 133b, 133c)가 석탄유로(135a, 135b, 135c)에 각각 장착되어 있다.
또한 석탄 분리 헤더(130)는 하단 석탄유로(135a)로 배출된 제1석탄을 가스화기(110)의 하단 석탄버너(113)로 공급하고, 중단 석탄유로(135b)로 배출된 제2석탄을 가스화기(110)의 중단 석탄버너(112)로 공급하며, 상단 석탄유로(135c)로 배출된 제3석탄을 가스화기(110)의 상단 석탄버너(111)로 공급한다. 즉, 크기가 작은 제3석탄은 반응률이 높기 때문에 가스화기(110)의 상부로 공급하고, 크기가 큰 제1석탄은 가스화기(110)의 하부로 공급하여 가스화기(110) 내에 머무르는 시간을 증가시킬 수 있다. 즉, 크기가 커서 반응성이 낮은 제1석탄의 경우 가스화기(110)의 하부로 주입하여 반응 시간을 증가시키고, 크기가 작아 반응성이 높은 제3석탄의 경우 가스화기(110)의 상부로 주입하여 반응 시간을 감소시킴으로써, 모든 석탄의 반응의 충분히 반응하도록 할 수 있다.
또한 석탄유로(135a, 135b, 135c)에는 석탄의 유량을 조절하기 위한 가변 분체유량 조절기(141,142,143)가 각각 장착될 수 있다. 또한 가스화기(110)의 상단 석탄유로(135c)와 중단 석탄유로(135b) 사이, 중단 석탄유로(135b)와 하단 석탄유로(135a) 사이에도 유량을 조절하기 위한 가변 분체유량 조절기(144,145)가 더 장착될 수 있다. 이와 같은 가변 분체 유량 조절기(141,142,143,144,145)는 개도 제어 시스템(146)과 연결되어, 가스화기(110)의 상단, 중단 및 하단으로 공급되는 석탄의 양을 제어할 수 있다. 예를 들어 중단 석탄유로(135b)의 압력이 다른 두 개의 유로(135a, 135c)의 압력보다 높거나 낮게 하면 가변 분체유량 조절기(144, 145)를 통하여 중간 크기의 석탄 입자가 상단이나 하단 석탄유로(로 흐르게 할 수 있으며 역으로 상단과 하단 유로(135c, 135a)를 지나는 입경이 큰 석탄과 입경이 작은 석탄이 중단 석탄유로(135b)로 흘러들어올 수 있게 할 수 있다. 따라서 상단, 중단 및 하단 석탄유로(135c, 135b, 135a)를 지나는 석탄 입자의 양과 입경 분포를 자유로이 조절할 수 있으며 세 개의 유로를 흐르는 석탄 유량의 최적의 분배비를 찾을 수 있다.
또한 석탄 분리 헤더(130)의 하단 석탄유로(135a)로 배출된 제1석탄의 크기가 비정상적으로 큰 경우, 미분기 우회 밸브(6a)를 개방함으로여 미분기로 다시 보낼 수 있다.
또한 상기 석탄 분리 헤더(130)는 상단, 중단 및 하단 각각에 압력계(132a, 132b, 132c)가 각각 장착되어, 각단의 압력을 측정할 수 있다. 여기서 상단, 중단 및 하단은 상부 필터(131b) 및 하부 필터(131a)에 의해서 분리된 3개의 영역이다. 상기 석탄 분리 헤더(130)는 압력계(132a, 132b, 132c)에 의해 각단의 압력을 측정할 수 있다. 상기 석탄 분리 헤더(130)는 압력계(132a, 132b, 132c)에서 측정된 각 단의 압력을 비교함으로써, 상부 필터(131b)와 하부 필터(131a)에 의한 압력 손실을 확인 할 수 있으며, 필터의 막힘 등을 알 수 있다. 상기 석탄 분리 헤더(130)는 상단과 중단이 고압 질소 공급 장치(4)와 유로를 통해 연결될 수 있으며, 상기 고압 질소 공급 장치(4)로부터 고압의 질소를 공급 받을 수 있다. 그리고 상기 석탄 분리 헤더(130)의 상단 및 중단과, 상기 고압 질소 공급 장치(4) 사이에는 질소 압력 조절 밸브(134a, 134b)가 더 구비될 수 있다. 상기 석탄 분리 헤더(130)의 상단과 중단에 각각 연결된 질소 압력 조절 밸브(134a, 134b)는 압력계(132a, 132b, 132c)에서 측정된 각 단의 압력에 따라 고압 질소의 주입을 제어할 수 있다. 상기 고압 질소는 상기 질소 압력 조절 밸브(134a, 134b)의 제어에 의해 펄스 형태로 순간적으로 필터(131a, 131b)의 상부에서 하부방향으로 공급될 수 있다.
상기 미분탄 분리 헤더(150)는 가스화기(110)에서 배출된 미분탄을 입자의 크기별로 분리하여, 가스화기(110)로 재순환 시킨다. 상기 가스화기(110)에서 배출된 합성가스와 미분탄은 싸이클론(9)을 통해 서로 분리되어, 미분탄은 미분탄 분리 헤더(150)로 인가되고, 합성 가스(9a)는 상부로 배출된다.
상기 미분탄 분리 헤더(150)는 상부 방향에서 공급된 미분탄을 입자 크기별로 분리하기 위한 미분탄 필터(151)를 내부에 구비한다. 상기 미분탄 필터(151)는 기공을 갖는 세라믹 또는 메탄 재질의 필터일 수 있다. 즉, 미분탄 분리 헤더(150)는 미분탄을 미분탄 필터(151)에 의해 입자의 크기별로 분리하여 가스화기(110)의 미분탄 버너(114, 115)로 공급할 수 있다. 이와 같은 미분탄 분리 헤더(150)는 석탄 분리 헤더(130)와 내부의 필터의 개수만 상이하고 유사한 구조로 이루어질 수 있다. 상기 미분탄 분리 헤더(150)는 입자의 크기별로 배출되는 미분탄을 질소 공급부(2)에서 공급되는 질소와 유속 증가 장치(3)에서 혼합하여, 가스화기(110)로 공급한다. 이때 미분탄 분리 헤더(150)는 크기가 큰 미분탄을 가스화기(110)의 하부로 인가하고, 크기가 작은 미분탄을 가스화기(110)의 상부로 인가할 수 있다.
이와 같은 다단 연소식 가스화 장치(100)는 석탄 분리 헤더(130) 내에 필터를 구비하여, 석탄을 크기별로 분리하여 큰 석탄일수록 가스화기(110)의 하부로 주입하고, 작은 석탄일수록 가스화기(110)의 상부로 주입하여, 석탄의 크기에 따라 가스화기(110) 내에서 머무르는 시간을 제어할 수 있으므로, 미반응된 석탄의 배출을 방지할 수 있으므로 탄소 전환율을 높일 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시에에 따른 다단 연소식 가스화 장치를 도시한 구조도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 다단 연소식 가스화 장치(200)는 가스화기(110)와 석탄을 입자 크기 별로 분리하기 위한 필터가 내부에 구비되어, 석탄을 크기별로 분리하여 가스화기(110)로 주입하는 석탄 분리 헤더(130)를 포함 할 수 있다.
상기 다단 연소식 가스화 장치(200)의 석탄 분리 헤더(130)는 상기 도 2에 도시된 다단 연소식 가스화 장치(100)과 동일하다. 그러므로 다단 연소식 가스화 장치(200)에서 다단 연소식 가스화 장치(100)과 상이한 가스화기(210) 및 연소부(220)를 위주로 설명하고자 한다.
상기 다단 연소식 가스화 장치(200)는 석탄 공급부(1)를 통해 석탄이 공급되고, 질소 공급부(2)를 통해 질소가 공급되며, 상기 석탄공급부(1)와 상기 질소 공급부(2)에서 각각 공급되는 석탄과 질소는 유속 증가 장치(3)에서 혼합되어, 석탄 분리 헤더(130)로 인가된다. 또한 미분탄 분리 헤더(150)에서 입자별로 크기가 분리된 미분탄은 상기 질소 공급부(2)를 통해 공급되는 질소와 유속 증가 장치(7,8)를 통해 혼합되어, 가스화기(110)로 공급될 수 있다.
상기 가스화기(210)는 기체가 하부에서 상부방향으로 흐르는 상향식 가스화기일 수 있다. 상기 가스화기(210)는 상단, 중단 및 하단에 각각에 4개의 석탄 버너(211, 112, 113)가 장착될 수 있다. 즉, 가스화기(210)는 가스화기(210)의 상단에 장착된 상단 석탄버너(211) 4개와, 가스화기(210) 중단에 장착된 중단 석탄 버너(212) 4개와, 가스화기(210) 하단에 장착된 하단 석탄 버너(213) 4개를 구비한다. 또한 가스화기(110)는 하부에 연소부(220)를 더 구비한다. 상기 연소부(220)에는 석탄 버너(221)가 4개 장착될 수 있다. 상기 연소부(220)는 석탄 공급부(1)를 통해 공급되는 석탄과, 공기 공급 장치(10)에서 공기를 공급 받는다. 상기 연소부(220)의 석탄 버너(221)는 석탄과 공기를 공급받아, 2000℃ 이상의 고온으로 석탄을 가열하여 연소시킬 수 있다.
상기 가스화기(210)에 장착된 석탄 버너(211, 112, 113)는 가스화기(210) 내부의 유체의 소용돌이(swirl)를 만들며, 상부방향으로 이동 가능하도록 비스듬하게 장착될 수 있다.
상기 가스화기(210)는 석탄 분리 헤더(130)에서 크기 별로 분리된 석탄을 각 단으로 인가 받는다. 이때, 크기가 작은 석탄은 반응률이 높기 때문에 가스화기(210)의 상단으로 주입되고, 크기가 큰 석탄은 가스화기(110)의 하부로 공급하여 가스화기(110) 내에 머무르는 시간을 증가시킬 수 있다. 즉, 크기가 커서 반응성이 낮은 큰 석탄의 경우 가스화기(210)의 하부로 주입하여 반응 시간을 증가시키고, 크기가 작아 반응성이 높은 석탄의 경우 가스화기(210)의 상부로 주입하여 반응 시간을 감소시킴으로써, 모든 석탄의 반응의 충분히 반응하도록 할 수 있다. 다만, 연소부(220)는 고온으로 반응성이 매우 높기 때문에 별도의 석탄 분리 없이, 석탄 공급부(1)를 통해 공급되는 석탄을 주입 받아 반응하여도 모두 반응이 가능하다.
이와 같은 다단 연소식 가스화 장치(200)는 석탄 분리 헤더(130) 내에 필터를 구비하여, 석탄을 크기별로 분리하여 큰 석탄일수록 가스화기(210)의 하부로 주입하고, 작은 석탄일수록 가스화기(210)의 상부로 주입하여, 석탄의 크기에 따라 가스화기(210) 내에서 머무르는 시간을 제어할 수 있으므로, 미반응된 석탄의 배출을 방지할 수 있으므로 탄소 전환율을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 다단 연소식 가스화 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200; 다단 연소식 가스화 장치
110, 210; 가스화기 220; 연소부
130; 석탄 분리 헤더 150; 미분탄 분리 헤더

Claims (9)

  1. 내부에 필터를 구비하여 석탄을 크기별로 분리하여 배출하는 석탄분리헤더; 및
    상기 석탄 분리 헤더를 통해 분리된 석탄을 크기별로 주입 받아 가스화하는 가스화기를 포함하며,
    상기 가스화기는 상향식 가스화기로, 큰 석탄일수록 가스화기의 내부에 머무르는 시간이 크도록 하단으로 주입받고, 작은 석탄일수록 가스화기의 내부에 머무르는 시간이 작을수록 상단으로 주입받는 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 석탄 분리 헤더는
    하부로 주입된 석탄을 1차로 분리하기 위해 기공을 갖는 하부 필터; 및
    상기 하부 필터에서 분리된 석탄을 2차로 분리하기 위해 상기 하부필터의 기공 보다 작은 기공을 갖는 상부 필터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 석탄 분리 헤더는
    상기 하부 필터 및 상기 상부 필터를 통해, 석탄을 입자의 크기별로 3단계로 필터링하는 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 가스화기는
    상단에 장착된 상단 석탄 버너;
    중단에 장착된 중단 석탄 버너; 및
    하단에 장착된 하단 석탄 버너를 포함하며,
    상기 하단 석탄 버너로 주입된 석탄의 크기가 상기 중단 석탄 버너로 주입된 석탄의 크기보다 더 크고, 상기 중단 석탄 버너로 주입된 석탄의 크기가 상기 상단 석탄 버너로 주입된 석탄에 비해서 더 큰 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스화기는
    상기 상단 석탄 버너, 상기 중단 석탄 버너 및 상기 하단 석탄 버너로 공급되는 산소를 각각 제어하기 위한 산소량 조절 밸브와 연결된 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스화기에서 배출된 미분탄을 내부에 구비된 필터로 크기별로 분리하여, 상기 가스화기로 주입하는 미분탄 분리헤더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가스화기는
    상기 상단 석탄 버너와 상기 중단 석탄 버너 사이에 장착된 상중단 미분탄 버너; 및
    상기 중단 석탄 버너와 상기 하단 석탄 버너 사이에 장착된 중하단 미분탄 버너를 더 포함하며,
    상기 중하단 미분탄 버너로 주입된 미분탄의 크기가 상기 상중단 미분탄 버너로 주입된 미분탄의 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.는 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 상단 석탄 버너와 상기 석탄 분리 헤더 사이를 연결하는 상단 석탄유로와, 상기 중단 석탄 버너와 상기 석탄 분리 헤더 사이를 연결하는 중단 석탄유로와, 상기 하단 석탄 버너와 상기 석탄 분리 헤더 사이를 연결하는 하단 석탄유로에는 각각 유로 내의 석탄 유량을 조절하기 위한 가변 분체유량 조절기가 구비된 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 상단 석탄유로와 상기 중단 석탄유로 사이와, 상기 중단 석탄유로와 상기 하단 석탄유로 사이에는 두 개의 유로 사이의 압력 차이에 따라 석탄 유량 이동이 가능하도록 구비된 가변 분체 유량 조절기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 다단 연소식 가스화 장치.
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