KR20150043611A - 석탄 가스화기의 연료 공급기 - Google Patents

석탄 가스화기의 연료 공급기 Download PDF

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Abstract

석탄 가스화기의 연료 공급기를 제공한다. 본 발명에 따르면, 석탄 슬러리가 공급되기 위한 슬러리관, 상기 슬러리관의 중앙 내부에서 상기 석탄 슬리러와 혼합되기 위한 산화제를 1차 공급하기 위한 제1 산화제관, 및 상기 슬러리관의 외측에서 상기 석탄 슬러리와 혼합되기 위한 산화제를 2차 공급하기 위한 제2 산화제관을 포함한다.

Description

석탄 가스화기의 연료 공급기{FEED MIXER FOR COAL GASIFIER}
본 발명은 석탄 가스화기의 연료 공급기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화제가 석탄 슬러리의 내부까지 원활하게 혼합될 수 있도록 있도록 산화제를 1,2차로 분배하여 공급함으로써 동일 양의 산화제로 석탄 슬러리의 가스화 반응성 및 미립도를 최대한 향상시킬 수 있는 석탄 가스화기의 연료 공급기에 관한 것이다.
석유, 천연가스의 고갈에 대한 두려움과 화석 슬러리들의 사용에 따라 필연적으로 발생하는 온실가스에 의한 환경파괴가 사회적으로 큰 문제로 대두되면서 상대적으로 풍부한 석탄을 친환경적으로 이용하기 위한 시도가 활발히 진행되고 있다.
특히, 미래의 에너지 상회의 핵심으로 인정받는 수소를 생산할 수 있는 가스화 공정은 세계 각국의 주관심사가 되고 있다. 현재 개발되고 있는 가스화는 석탄을 슬러리로 주입하는 습식과 고체상으로 주입하는 건식으로 나누어진다.
습식 석탄 가스화기는 가스화기 내부에서 부분연소 및 가스화 반응을 하여 필요한 합성가스(CO, H2 )를 생산하는 설비이다.
여기에서, 가스화의 효율 향상과 직결되어 있는 것이 바로 석탄 슬러리의 미립화 정도이다. 즉, 산화제로 사용되는 산소와 석탄 슬러리의 물리적인 접촉이 원활해야 부분산화 및 가스화 반응이 활성화될 수 있다.
이러한 석탄 가스화기에서 핵심기술은 석탄, 물, 산소를 효율적으로 고온, 고압의 반응기 내부로 전달해 주는 것이며, 미립화 정도를 높여서 반응효율을 증대시키는 것이 중요하다.
도 1은 종래기술에 따른 석탄 가스화기의 연료 공급기의 개략적인 단면도이고, 도 2는 종래기술에 따른 석탄 가스화기의 연료 공급기를 통한 석탄 슬러리 및 산화제의 토출 유동 상태를 도시한 도 1의 일부 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래기술에 따른 석탄 가스화기의 연료 공급기는 산소와 같은 산화제(11)가 공급되는 산화제관(1), 석탄 슬러리(21)가 공급되는 슬러리관(2)을 포함한다.
또한, 상기 산화제관(1) 외측에 상기 슬러리관(2)과 나란하게 배치되며 내부에 냉각수가 유통되는 냉각수관(3)을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 슬러리관(2)의 일단부로 토출되는 석탄 슬러리(21)와, 산화제관(1)의 일단부로 토출되는 산화제(11)는, 토출 시 서로 동일한 방향으로 나란하게 분사됨으로써, 상기 산화제(11)와 석탄 슬러리(21)간에 대한 충돌이 거의 이루어지지 않는다.
즉, 상기 산화제(11)가 상기 슬러리관(2)의 일단부로 토출되는 석탄 슬러리(21)의 내부까지 분사되지 못하기 때문에 산화제(11)와 석탄 슬리러(21)가 원활하게 혼합되지 않을 뿐만 아니라, 그 만큼 산화제(11)와 석탄 슬러리(21)의 충돌 효율이 떨어지게 되므로 석탄 슬러리의 미립도 및 가스화 반응성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 산화제가 석탄 슬러리의 내부까지 원활하게 혼합될 수 있도록 있도록 산화제를 1,2차로 분배하여 공급함으로써 동일 양의 산화제로 석탄 슬러리의 가스화 반응성 및 미립도를 최대한 향상시킬 수 있는 석탄 가스화기의 연료 공급기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 석탄 슬러리가 공급되기 위한 슬러리관,
상기 슬러리관의 중앙 내부에서 상기 석탄 슬리러와 혼합되기 위한 산화제를 1차 공급하기 위한 제1 산화제관, 및
상기 슬러리관의 외측에서 상기 석탄 슬러리와 혼합되기 위한 산화제를 2차 공급하기 위한 제2 산화제관을 포함하는 석탄 가스화기의 연료 공급기가 제공될 수 있다.
상기 슬러리관에는 상기 석탄 슬러리와 산화제의 충돌을 높이기 위한 충돌 증대부가 구비될 수 있다.
상기 충돌 증대부는 상기 슬러리관의 내주면에 형성된 나선형 홈을 포함할 수 있다.
상기 제1 산화제관에는 상기 석탄 슬러리와 혼합되는 전체 산화제 중 10 내지 20%의 산화제를 상기 슬러리관 내부로 분사하기 위한 분사 구멍이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 분사 구멍은 상기 산화제가 상기 석탄 슬러리를 효과적으로 미립화할 수 있도록 상기 제1 산화제관의 길이 방향 중심선에 대하여 일정한 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 분사 구멍은 상기 제1 산화제관의 길이 방향 중심선에 대하여 상기 제1 산화제관의 외측 방향으로 30도 내지 60도의 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제2 산화제관의 일단부에는 상기 석탄 슬러리와 혼합되는 전체 산화제 중 80 내지 90%의 산화제를 상기 슬러리관의 외부로 분사시켜 주기 위한 분사 노즐이 상기 제2 산화제관의 길이 방향 중심선에 대하여 일정한 각도로 경사지게 구비될 수 있다.
상기 분사 노즐은 상기 제2 산화제관의 길이 방향 중심선에 대하여 상기 제2 산화제관의 내측 방향으로 30 내지 60도의 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 분사 노즐은 상기 산화제와 상기 석탄 슬러리의 충돌을 증대할 수 있도록 상기 제2 산화제관의 일단부로부터 내측 방향으로 연장되게 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 산화제가 석탄 슬러리의 내부까지 원활하게 혼합될 수 있도록 있도록 산화제를 1,2차로 분배하여 공급함으로써 동일 양의 산화제로 석탄 슬러리의 가스화 반응성 및 미립화 정도를 최대한 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 석탄 가스화기의 연료 공급기의 개략적인 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 석탄 가스화기의 연료 공급기를 통한 석탄 슬러리 및 산화제의 토출 유동 상태를 도시한 도 1의 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스화기의 연료 공급기의 개략적인 일부 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스화기의 연료 공급기의 개략적인 일부 단면도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스화기의 연료 공급기는, 석탄 슬러리(110)가 공급되기 위한 슬러리관(100),
상기 슬러리관(100)의 중앙 내부에서 상기 석탄 슬리러(110)와 혼합되기 위한 산화제(210)를 1차 공급하기 위한 제1 산화제관(200), 및
상기 슬러리관(100)의 외측에서 상기 석탄 슬러리(110)와 혼합되기 위한 산화제(310)를 2차 공급하기 위한 제2 산화제관(300)을 포함할 수 있다.
상기 슬리러관(100)은 원통 형상으로 형성되고 상기 제1 산화제관(100)의 외부에 배치됨과 아울러 상기 제2 산화제관(300)의 내부에 배치되며, 내부에 타단부로부터 석탄 슬러리(110)가 공급되어 일단부로 토출되도록 구성된다.
상기 슬러리관(100)의 내부에는 상기 석탄 슬러리(110)가 공급되어 유동되는 통로로서 슬러리 유로(101)가 형성될 수 있다.
상기 슬러리관(100)에는 상기 석탄 슬러리(110)의 미립화 및 상기 석탄 슬러리(110)와 산화제(110, 210)의 반응성 향상을 위해, 상기 석탄 슬러리(110)와 산화제의 충돌을 높이기 위한 충돌 증대부가 구비될 수 있다.
상기 충돌 증대부는 상기 석탄 슬러리(110)가 상기 슬러리관(100) 내에서 나선형으로 회전되면서 토출될 수 있도록 상기 슬러리관(100)의 내주면에 형성된 나선형 홈(120)을 포함할 수 있다.
상기 제1 산화제관(200)은 원통 형상으로 형성되고 상기 슬러리관(100)의 내부에 배치되며, 내부에 타단부로부터 산화제(210)가 공급되어 일단부로 토출되도록 구성된다.
상기 제1 산화제관(200)은 상기 석탄 슬러리(110)의 미립화를 향상시킬 수 있도록 상기 슬러리관(100)의 중앙부 내부에 상기 슬리러관(100)의 길이 방향을 따라 나란하게 배치될 수 있다.
상기 제1 산화제관(200)에 공급되는 산화제(210)는 산소, 오존, 과산화수소 등과 같은 물질 중에서 선택되는 하나의 물질일 수 있다.
상기 제1 산화제관(200)의 내부에는 산화제(210)가 유동되는 통로로서 제1 산화제 유로(201)가 형성될 수 있다.
상기 제1 산화제 유로(201)의 직경은 상기 제2 산화제 유로(301)보다 적은 산화제가 유동될 수 있도록 상기 제2 산화제 유로(301)의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다.
상기 제1 산화제관(200)에는 상기 제1 산화제관(200)으로 공급되는 상기 산화제(210)를 상기 슬러리관(100) 내부로 분사하기 위한 분사 구멍(220)이 적어도 하나 또는 일정한 간격으로 복수개 형성될 수 있다.
상기 분사 구멍(220)은 상기 산화제가 상기 석탄 슬러리를 효과적으로 미립화할 수 있도록 상기 제1 산화제관(200)의 길이 방향 중심선에 대하여 일정한 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 분사 구멍(220)은 상기 석탄 슬러리(110)를 보다 효과적으로 미립화할 수 있도록 상기 슬러리관(100)의 나선형 홈(120)의 나선 방향과 동일한 방향으로 형성되거나, 상기 제1 산화제관(200)의 길이 방향 중심선에 대하여 30도 내지 60도, 특히 45도의 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 분사 구멍(220)의 경사 방향은 산화제(210)가 상기 석탄 슬러리(110)를 용이하게 미립화할 수 있도록 상기 제1 산화제관(200)의 길이 방향 중심선에 대하여 상기 제1 산화제관(200)의 내측 방향으로부터 외측 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1 산화제관(200)의 분사 구멍(220)에는 상기 슬러리관(100) 내부에서 상기 석탄 슬러리(110)의 미립화를 활성화시킬 수 있도록 상기 석탄 슬러리(110)와 혼합되는 전체 산화제 중 일부를 공급할 수 있으며, 대체로 상기 석탄 슬러리(110)와 혼합되는 전체 산화제의 10 내지 20%를 공급할 수 있다.
또한, 상기 제2 산화제관(300)은 원통 형상으로 형성되고 상기 슬러리관(100)의 외측에 배치되며, 내부에 타단부로부터 산화제(310)가 공급되어 일단부로 토출되도록 구성된다.
상기 제2 산화제관(300)은 상기 석탄 슬러리(110)의 미립화 및 상기 석탄 슬리러와 산화제(310)의 혼합도를 향상시킬 수 있도록 상기 슬러리관의 외측에서 상기 슬러리관의 길이 방향으로 나란하게 배치될 수 있다.
상기 제2 산화제관에 공급되는 산화제(310)는 산소, 오존, 과산화수소 등과 같은 물질 중에서 선택되는 하나의 물질일 수 있다.
상기 제2 산화제관(300)의 내부에는 산화제가 유동되는 통로로서 제2 산화제 유로(301)가 형성될 수 있다.
상기 제2 산화제 유로(301)의 직경은 상기 제1 산화제 유로(201)보다 많은 산화제가 유동될 수 있도록 상기 제1 산화제 유로(201)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다.
상기 제2 산화제관(300)의 일단부에는 상기 제2 산화제관(300)을 통하여 공급되는 산화제(310)를 분사시켜 주기 위한 분사 노즐(320)이 상기 제2 산화제관(300)의 길이 방향 중심선에 대하여 일정한 각도로 경사지게 구비될 수 있다.
상기 분사 노즐(320)은 상기 산화제(310)와 상기 석탄 슬러리(110)의 충돌을 증대할 수 있도록 상기 제2 산화제관(300)의 일단부로부터 내측 방향으로 연장되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 분사 노즐(320)은 상기 산화제(310)와 상기 석탄 슬러리(110)의 충돌을 보다 증대할 수 있도록 상기 제2 산화제관(300)의 길이 방향 중심선에 대하여 상기 제2 산화제관(300)의 내측 방향으로 일정한 각도, 예컨대, 30 내지 60도, 특히 45도의 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제2 산화제관(300)의 분사 노즐(320)에는 상기 슬러리관(100) 외부에서 상기 석탄 슬러리(110)의 미립화를 활성화시킬 수 있도록 상기 석탄 슬러리(110)와 혼합되는 전체 산화제 중 대부분을 공급할 수 있으며, 대체로 상기 석탄 슬러리(110)와 혼합되는 전체 산화제의 80 내지 90%를 공급할 수 있다.
이하에서, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스화기의 연료 공급기의 작동에 대해서 설명한다.
상기 석탄 가스화기의 연료 공급기는 상기 슬러리관(100)의 중앙부 내부에 상기 슬러리관(100)의 내부로 1차로 산화제의 일부, 예컨대, 상기 석탄 슬러리(110)와 혼합되는 전체 산화제 중 10 내지 20%를 공급하기 위한 제1 산화제관(200)의 분사 구멍(220)이 상기 제1 산화제관(200)의 길이 방향 중심선에 대하여 상기 제1 산화제관(200)의 내측 방향으로부터 외측 방향으로 일정한 각도, 예컨대, 45도 방향으로 경사지게 복수개 일정한 간격으로 구성된다.
또한, 상기 슬러리관(100)의 외측에 상기 슬러리관(100)의 길이 방향을 따라 나란하게 배치되어 상기 슬러리관(100)의 외부에 2차로 산화제(310)를 공급하기 위한 상기 제2 산화제관(300)이 구비되고, 상기 제2 산화제관(300)의 일단부에는 상기 분사 노즐(320)이 상기 제2 산화제관(300)의 길이 방향 중심선에 대하여 일정한 각도로 경사지게 구비되고, 상기 분사 노즐(320)은 상기 제2 산화제관(300)의 일단부로부터 내측 방향으로 연장되게 형성되어 있다.
또한, 상기 분사 노즐(320)은 상기 제2 산화제관(300)의 길이 방향 중심선에 대하여 상기 제2 산화제관(300)의 내측 방향으로 일정한 각도, 예컨대, 45도의 각도로 경사지게 형성되고, 상기 제2 산화제관(300)의 분사 노즐(320)에는 상기 석탄 슬러리(110)와 혼합되는 전체 산화제 중 대부분, 예컨대, 상기 석탄 슬러리(110)와 혼합되는 전체 산화제의 80 내지 90%를 공급하고 있다.
이에 따라, 상기 슬러리관(100)으로 공급되는 석탄 슬러리(110)와, 상기 제1 산화제관(200)의 분사 구멍(220)을 통하여 상기 슬러리관(100)의 내부로 분사되는 산화제(210), 상기 제2 산화제관(300)의 분사 노즐(320)을 통하여 상기 슬러리관(100)의 외부, 즉 상기 슬러리관(100)의 일단부로부터 분사되는 산화제(310)와의 충돌율을 높일 수 있으므로, 상기 석탄 슬러리(110)의 미립화 및 석탄 슬러리(110)와 산화제, 예컨대, 산소의 혼합도를 향상시켜 석탄 가스화 반응성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 산화제관(200)으로 공급되는 산화제(210)의 공급량 조절에 따라 필요시 석탄 가스화기 버너의 플레임(flame) 길이를 조절할 수 있다. 특히, 사이드(Side) 버너를 취하고 있는 석탄 가스화기의 경우 플레임이 서로 마주보고 있기 때문에, 플레임(flame)의 길이는 매우 중요한 인자이다. 따라서, 플레임의 길이를 능동적으로 제어하며 석탄의 미립화도 향상시킬 수 있다.
100: 슬러리관 110: 석탄 슬러리
200: 제1 산화제관 210, 310: 산화제
220: 분사 구멍 300: 제2 산화제관
320: 분사 노즐

Claims (9)

  1. 석탄 슬러리가 공급되기 위한 슬러리관,
    상기 슬러리관의 중앙 내부에서 상기 석탄 슬리러와 혼합되기 위한 산화제를 1차 공급하기 위한 제1 산화제관, 및
    상기 슬러리관의 외측에서 상기 석탄 슬러리와 혼합되기 위한 산화제를 2차 공급하기 위한 제2 산화제관
    을 포함하는 석탄 가스화기의 연료 공급기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리관에는 상기 석탄 슬러리와 산화제의 충돌을 높이기 위한 충돌 증대부가 구비되는 석탄 가스화기의 연료 공급기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 충돌 증대부는 상기 슬러리관의 내주면에 형성된 나선형 홈을 포함하는 석탄 가스화기의 연료 공급기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 산화제관에는 상기 석탄 슬러리와 혼합되는 전체 산화제 중 10 내지 20%의 산화제를 상기 슬러리관 내부로 분사하기 위한 분사 구멍이 적어도 하나 이상 형성되는 석탄 가스화기의 연료 공급기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분사 구멍은 상기 산화제가 상기 석탄 슬러리를 효과적으로 미립화할 수 있도록 상기 제1 산화제관의 길이 방향 중심선에 대하여 일정한 각도로 경사지게 형성되는 석탄 가스화기의 연료 공급기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분사 구멍은 상기 제1 산화제관의 길이 방향 중심선에 대하여 상기 제1 산화제관의 외측 방향으로 30도 내지 60도의 각도로 경사지게 형성되는 석탄 가스화기의 연료 공급기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 산화제관의 일단부에는 상기 석탄 슬러리와 혼합되는 전체 산화제 중 80 내지 90%의 산화제를 상기 슬러리관의 외부로 분사시켜 주기 위한 분사 노즐이 상기 제2 산화제관의 길이 방향 중심선에 대하여 일정한 각도로 경사지게 구비되는 석탄 가스화기의 연료 공급기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 제2 산화제관의 길이 방향 중심선에 대하여 상기 제2 산화제관의 내측 방향으로 30 내지 60도의 각도로 경사지게 형성되는 석탄 가스화기의 연료 공급기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 산화제와 상기 석탄 슬러리의 충돌을 증대할 수 있도록 상기 제2 산화제관의 일단부로부터 내측 방향으로 연장되게 형성되는 석탄 가스화기의 연료 공급기.
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