KR20180112889A - 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기, 그 루프실 분리기를 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법 - Google Patents

자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기, 그 루프실 분리기를 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180112889A
KR20180112889A KR1020170043054A KR20170043054A KR20180112889A KR 20180112889 A KR20180112889 A KR 20180112889A KR 1020170043054 A KR1020170043054 A KR 1020170043054A KR 20170043054 A KR20170043054 A KR 20170043054A KR 20180112889 A KR20180112889 A KR 20180112889A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic
oxygen
particles
oxygen transfer
magnetism
Prior art date
Application number
KR1020170043054A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101952009B1 (ko
Inventor
류호정
한근희
진경태
이창근
선도원
박재현
배달희
조성호
이승용
박영철
문종호
이도연
이효진
이동호
백점인
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020170043054A priority Critical patent/KR101952009B1/ko
Priority to US15/498,766 priority patent/US10307768B2/en
Publication of KR20180112889A publication Critical patent/KR20180112889A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101952009B1 publication Critical patent/KR101952009B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/16—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with material carriers in the form of belts
    • B03C1/22—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with material carriers in the form of belts with non-movable magnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
    • F23C10/04—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
    • F23C10/08—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/005—Pretreatment specially adapted for magnetic separation
    • B03C1/01—Pretreatment specially adapted for magnetic separation by addition of magnetic adjuvants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/30—Combinations with other devices, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/005—Fluidised bed combustion apparatus comprising two or more beds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
    • F23C10/04—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
    • F23C10/08—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases
    • F23C10/10—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases the separation apparatus being located outside the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/18—Details; Accessories
    • F23C10/20—Inlets for fluidisation air, e.g. grids; Bottoms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/18—Details; Accessories
    • F23C10/24—Devices for removal of material from the bed
    • F23C10/26—Devices for removal of material from the bed combined with devices for partial reintroduction of material into the bed, e.g. after separation of agglomerated parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/18—Details; Accessories
    • F23C10/28—Control devices specially adapted for fluidised bed, combustion apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/20—Magnetic separation whereby the particles to be separated are in solid form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2206/00—Fluidised bed combustion
    • F23C2206/10—Circulating fluidised bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/99008—Unmixed combustion, i.e. without direct mixing of oxygen gas and fuel, but using the oxygen from a metal oxide, e.g. FeO
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2900/00—Special arrangements for conducting or purifying combustion fumes; Treatment of fumes or ashes
    • F23J2900/15023—Magnetic filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2201/00—Pretreatment of solid fuel
    • F23K2201/30—Separating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

본 발명은 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기, 그 루프실 분리기를 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 루프실 분리기에 있어서, 연료반응기에서 배출된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 유입되는 도입관; 자성체를 통해 상기 도입관으로 유입된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자를 분리하는 자성분리기; 상기 자성분리기를 통해 분리된 회재가 배출되는 회재배출관; 및 상기 자성분리기를 통해 분리된 자성을 갖는 산소전달입자를 공기반응기 측으로 유입시키는 산소전달입자 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기에 관한 것이다.

Description

자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기, 그 루프실 분리기를 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법{Chemical Looping Combustor Using Magnetic Oxygen Carrier Particles and Loop Seal Equipped with Magnetic Separator}
본 발명은 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실, 그 루프실을 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법에 대한 것이다.
매체순환연소(CLC, Chemical-Looping Combustion)기술은 별도의 분리설비 없이 CO2를 원천적으로 공정 내에서 분리할 수 있으며 고온 질소산화물(thermal NOx)의 발생이 적고 발전효율이 높은 차세대 저공해-고효율 발전기술이다. 최근에는 고가의 기체연료 대신 고체연료를 직접 연소할 수 있으면서, 공정 내에서 별도의 분리설비 없이 CO2를 원천적으로 분리할 수 있는 고체연료 매체순환 연소(SF-CLC, Solid Fuel Chemical Looping Combustion)기술에 대한 연구가 진행되고 있다.
고체연료 매체순환 연소기술의 기본개념을 도 1에 나타내었다. 공기반응기(Oxidizer)에서는 아래의 반응식 1과 같이 금속형태의 산소전달입자(M)가 공기 중의 산소와 반응하여 금속산화물(MO)(이하, 산소결합입자라 함)을 형성하고, 연료반응기(Reducer)로 이송된다. 연료반응기에는 고체연료의 유동화(fluidization)를 위한 기체로 스팀 또는 CO2가 공급되며, 이러한 유동화 기체에 의해 고체연료(Solid fuel)의 가스화가 일어나게 된다.
[반응식 1]
M + 0.5 O2 → MO
이 때, 고체연료로는 석탄, 코크스, 촤(char), 바이오매스 등이 이용될 수 있으며, 석탄을 예로 들면, 연료반응기에서 아래의 반응식 2와 같이 탄소가 스팀과 반응하여 CO와 H2를 생성하거나, 반응식 3과 같이 탄소가 CO2와 반응하여 CO를 생성한다. 그리고, 생성된 CO와 H2는 반응식 4 및 5와 같이, 공기반응기로부터 이송된 금속산화물과 반응하여 CO2 또는 H2O를 생성하고, 금속형태로 환원된 산소전달입자는 공기반응기로 재순환된다.
[반응식 2]
C + H2O → CO + H2
[반응식 3]
C + CO2 → 2CO
[반응식 4]
CO + MO → CO2 + M
[반응식 5]
H2 + MO → H2O + M
결과적으로 매체순환 연소기의 연료반응기에서 배출되는 기체는 CO2와 H2O 뿐이므로 H2O를 응축하여 제거하면 별도의 분리설비 없이 고농도의 CO2를 원천적으로 분리할 수 있다.
고체연료 매체순환연소의 연료반응기에서는 스팀에 의한 가스화 반응과, 산소전달입자에 의한 연소반응이 함께 일어난다. 공기반응기와 연료반응기는 600~1000℃의 고온에서 반응이 수행된다. 이 때, 석탄, 바이오매스, 폐기물 등 고체연료를 연료반응기에 연속적으로 공급하면서 산소전달입자와 반응시켜 환원하면, 휘발분, 고정탄소 등 가연성 성분들은 산소전달입자에 포함된 산소와 반응하여 CO2, CO, H2O 등의 기체로 변화되어 반응기 외부로 배출되지만, 고체연료에 포함된 회재(ash)는 연료반응기에 축적(accumulation)된다.
따라서 고체연료를 연료로 사용할 경우 산소전달입자와 회재를 분리하기 어려우며, 이에 따라 연료반응기에 체류하는 산소전달입자와 회재를 주기적 또는 연속적으로 제거해주어야 한다.
그러므로, 고체연료 매체순환연소기의 경우 Ni, Co, Fe, Cu, Mn, Ce 등 고가의 금속성분 및 이의 복합체를 함유한 산소전달입자를 사용하기보다는 회재와 함께 폐기할 수 있는 저가의 산소전달입자(iron ore, ilmenite, oxide scale, bauxite 및 이의 복합물 등)를 사용하고 있다.
하지만, 저가의 산소전달입자를 회재와 함께 폐기할 경우에, 폐기물의 처리비용 등이 소요되며, 저가의 산소전달입자라 할지라도 지속적으로 보충(make-up)해 줘야 하므로 산소전달입자의 경제성에 문제가 있다.
일본공개특허 JP2009-270814 한국등록특허 KR1594799 중국공개특허 CN201210232754 한국등록특허 KR1458872
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존의 산소전달입자 대신, 자성을 가지고 있는 산소전달입자를 이용하여 산화-환원 반응을 수행하고, 자성을 가지고 있는 산소전달입자와 자성이 없는 회재를 자성분리기가 포함된 루프실 분리기에서 분리하여 산소전달입자는 매체순환연소기로 재순환하고, 회재는 외부로 분리하여 제거하는 방법을 사용하여 산소공여입자의 손실 없이 순환운전이 가능하며, 루프실 분리기의 안정적인 조업을 위해 고체냉각기가 적용된 고체연료용 매체순환연소기를 제공하는 데 그 목적이 있다
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 루프실 분리기에 있어서, 연료반응기에서 배출된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 유입되는 도입관; 상기 도입관으로 유입된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자를 자성체를 통해 분리하는 자성분리기; 상기 자성분리기를 통해 분리된 회재가 배출되는 회재배출관; 및 상기 자성분리기를 통해 분리된 자성을 갖는 산소전달입자를 공기반응기 측으로 유입시키는 산소전달입자 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기로서 달성될 수 있다.
그리고, 도입관은, 길이방향이 세로방향이며 유입된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 중력에 의해 하부측으로 하강유동되는 하향관과, 길이방향이 세로방향이고, 상기 하향관의 하부 끝단에서 절곡되어 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 상부측으로 상승 유동되는 상향관을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 냉각 및 유동화를 위해 유동화기체가 주입되는 상기 하향관과 상기 상향관의 연결단 측에 구비되는 유동화기체 주입부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 자성을 갖는 산소전달입자는 슬래그를 오토마이제이션(automization)에 의해 구형으로 제조한 슬래그 볼인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 슬래그 볼은 산화, 환원 상태에서 모두 자성을 가지며, Fe2O3가 함유된 구리 슬래그 볼인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 자성분리기는 상기 상향관의 상부 끝단에 연결되며, 판형태의 자성체; 상기 자성체의 자력에 의해 상기 자성을 갖는 산소전달입자가 접촉되는 컨베어밸트; 상기 컨베어밸트를 구동하는 컨베어구동부; 및 상기 컨베어밸트에 접촉된 자성을 갖는 산소전달입자를 탈착시켜 상기 산소전달입자 배출관으로 유입시키는 탈착부재;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 회재 분리방법에 있어서, 연료반응기에서 배출된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 도입관의 하향관으로 유입되어 중력에 의해 하강유동하는 단계; 상기 하향관의 하부 끝단에서 절곡되어 연결된 상향관으로 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 유입되어 상부측으로 상승 유동되는 단계; 상기 상향관 상부 끝단에 구비된 자성분리기의 자성체를 통해 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 서로 분리되는 단계; 및 상기 자성분리기를 통해 분리된 회재가 회재배출관을 통해 배출되고, 상기 자성분리기를 통해 분리된 자성을 갖는 산소전달입자가 공기반응기 측으로 유입되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회재와 자성을 갖는 산소전달입자의 분리방법으로서 달성될 수 있다.
그리고, 상기 서로 분리되는 단계는, 상기 회재가 상기 상향관에서 컨베어밸브에 접촉되지 않고 회재배출관을 통해 분리배출되고, 상기 자성을 갖는 산소전달입자는 자성체의 자력에 의해 컨베어밸브에 접촉되어 산소전달입자 배출관 상부측으로 이동된 후, 탈착부재에 의해 탈착되어 산소전달입자 배출관으로 배출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 고체연료용 매체순환연소기에 있어서, 자성을 갖는 산소전달입자가 유동화되면서 산소를 포획하는 공기반응기; 상기 공기반응기에서 배출되는 기체와 자성을 갖는 산소전달입자의 혼합물을 분리하는 공기반응기 사이클론; 환원유동화가스에 의한 고체연료의 가스화 반응과 상기 공기반응기 사이클론에서 분리되어 공급되는 자성을 갖는 산소전달입자에 의한 연소반응이 일어나며, 회재 및 환원된 자성을 갖는 산소전달입자를 배출하는 연료반응기; 및 상기 연료반응기에서 공급받은 자성을 갖는 산소전달입자와 회재를 분리하여 자성을 갖는 산소전달입자만 상기 공기반응기로 이동시키는, 앞서 언급한 제 1목적에 따른 루프실 분리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료용 매체순환연소기로서 달성될 수 있다.
그리고, 상기 연료반응기와, 상기 루프실 분리기 사이에 구비되어, 상기 연료반응기의 고체혼합물 배출관을 통해 배출되는 자성을 갖는 산소전달입자와 회재를 냉각시킨 후, 상기 루프실 분리기의 도입관으로 유입시키는 고체냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고체냉각기는 유동층 형태를 갖고, 상기 고체냉각기 하부측에 구비되어 냉각 및 유동화를 위한 냉각기체가 공급되는 냉각기체공급관과, 상기 고체혼합물 배출관과 연결되는 고체혼합물 유입단과, 상기 고체냉각기의 상부 일측에 구비되는 고체냉각기 배출관과, 상기 루프실 분리기의 도입관과 연결되는 토출단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 연료반응기에서 배출되는 기체와 산소전달입자의 혼합물을 분리하여 상기 산소전달입자를 상기 연료반응기로 복귀시키는 연료반응기 사이클론을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고체냉각기에서 배출되는 기체와 산소전달입자의 혼합물을 분리하여 상기 산소전달입자를 상기 고체냉각기로 복귀시키는 고체냉각기 사이클론을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은 고체연료용 매체순환연소기의 작동방법에 있어서, 공기반응기에서 자성을 갖는 산소전달입자가 유동화되면서 산소를 포획하는 단계; 공기반응기 사이클론이 상기 공기반응기에서 배출되는 기체와 자성을 갖는 산소전달입자의 혼합물을 분리하는 단계; 연료반응기에서 환원유동화가스에 의한 고체연료의 가스화 반응과 상기 공기반응기 사이클론에서 분리되어 공급되는 자성을 갖는 산소전달입자에 의한 연소반응이 일어나는 단계; 연료반응기의 고체혼합물 배출관을 통해 회재 및 환원된 자성을 갖는 산소전달입자가 배출되어, 고체냉각기 측으로 유입되는 단계; 상기 고체냉각기에서 자성을 갖는 산소전달입자와 회재가 냉각되는 단계; 및 상기 고체냉각기에서 냉각된 자성을 갖는 산소전달입자와 회재가 루프실 분리기로 유입되어 자성체에 의해 회재와 자성을 갖는 산소전달입자를 서로 분리하여 회재는 회재배출관을 통해 배출시키고, 자성을 갖는 산소전달입자는 산소전달입자 배출관을 통해 상기 공기반응기로 순환시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료용 매체순환연소기의 작동방법으로서 달성될 수 있다.
그리고, 상기 순환시키는 단계는, 고체냉각기에서 배출된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 도입관의 하향관으로 유입되어 중력에 의해 하강유동하는 단계; 상기 하향관의 하부 끝단에서 절곡되어 연결된 상향관으로 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 유입되어 상부측으로 상승 유동되는 단계; 상기 상향관 상부 끝단에 구비된 자성분리기의 자성체를 통해 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 서로 분리되는 단계; 및 상기 자성분리기를 통해 분리된 회재가 회재배출관을 통해 배출되고, 상기 자성분리기를 통해 분리된 자성을 갖는 산소전달입자가 공기반응기 측으로 유입되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기존의 산소전달입자 대신, 자성을 가지고 있는 산소전달입자를 이용하여 산화-환원 반응을 수행하고, 자성을 가지고 있는 산소전달입자와 자성이 없는 회재를 자성분리기가 포함된 루프실 분리기에서 분리하여산소전달입자는 매체순환연소기로 재순환하고, 회재는 외부로 분리하여 제거하는 방법을 사용하여 산소공여입자의 손실 없이 순환운전이 가능하며, 고체연료용 매체순환연소기에 고체냉각기를 적용하여 루프실 분리기의 안정적인 조업이 가능한 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 고체연료 매체순환 연소기술을 설명하는 개념도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구리 슬래그 볼의 조성을 나타낸 표,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 구리 슬래그 볼의 광학현미경 사진,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 산화상태의 구리 슬래그 볼이 자석에 붙어있는 사진,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 구리 슬래그 볼과 연료와의 반응성을 확인하기 위해 열중량분석기(TGA, Thermogravimetric Analyzer)에서 반응기체로 CH4 5%(CO2 balance)의 기체를 사용하여 800, 850, 900, 950oC의 등온조건에서 무게변화를 측정한 결과그래프,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 환원상태의 구리 슬래그 볼이 자석에 붙어있는 사진,
도 7은 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기의 구성도,
도 8은 도 7의 A부분의 확대 구성도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기과, 고체냉각기를 구비한 매체순환연소기의 구성도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 매체순환연소기의 작동방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 자성분리기(20)를 이용한 루프실 분리기(10)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 자성분리기(20)를 이용한 루프실 분리기(10)는 기존 산소전달입자 대신 자성을 갖는 산소전달입자(1)를 적용하게 된다. 이하에서는 먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 자성을 갖는 산소전달입자(1)의 기능 및 성질에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 구체적 실시예로서 자성을 갖는 산소전달입자(1)는 제강과정에서 전기로 내부에 남아있는 슬래그(slag)를 오토마이제이션(automization)에 의해 구형으로 제조한 입자(automized slag ball)인 구리 슬래그 볼(copper slag ball)로 구성된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구리 슬래그 볼의 조성을 나타낸 표를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 구리 슬래그 볼에는 45.6%의 Fe2O3가 함유되어 있으므로 매체순환연소기(100)의 공기반응기(30)와 연료반응기(50)에서 산화-환원 반응을 일으킬 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 구리 슬래그 볼의 광학현미경 사진을 도시한 것이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 구리 슬래그 볼의 모양을 확인할 결과 그 입자모양은 구형임을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 구리 슬래그 볼이 자성을 가지고 있는지를 확인하기 위해 자석을 이용하여 구리 슬래그 볼의 자석부착여부를 확인하였다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 산화상태의 구리 슬래그 볼 사진을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 경사지게 설치된 자석에 구리 슬래그 볼이 부착되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 실험에 의해, 산화상태의 구리 슬래그 볼이 자성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 구리 슬래그 볼과 연료와의 반응성을 확인하기 위해 열중량분석기(TGA, Thermogravimetric Analyzer)에서 반응기체로 CH4 5%(CO2 balance)의 기체를 사용하여 800, 850, 900, 950oC의 등온조건에서 무게변화를 측정한 결과그래프를 도시한 것이다.
도 5에서, W0는 입자의 초기무게를 의미하여 W는 시간에 따라 측정된 무게를 의미한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 시간이 경과함에 따라 입자의 무게가 감소하는 경향을 나타내어, 연료인 CH4와 반응하여 산소를 내어주면서 무게가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 반응온도가 증가함에 따라 무게감소량이 증가하는 경향을 나타내어 높은 온도에서 더 많은 산소를 전달, 제공하게 됨을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 환원상태의 구리 슬래그 볼 사진을 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 연료와 반응을 마친 후, 산소를 모두 내어준 상태(환원상태)의 구리 슬래그 볼이 자성을 가지고 있는지를 확인하기 위해 자석을 이용하여 연료와의 환원반응 후 구리 슬래그 볼의 자석부착여부를 확인하였다. 도 6에 도시된 바와 같이, 경사지게 설치된 자석에 환원상태의 구리 슬래그 볼이 부착되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 실험에 의해, 환원상태의 구리 슬래그 볼 또한 자성을 가지고 있음을 알 수 있다.
이하에서는 앞서 언급한 연료와의 반응에 의해 산소를 전달할 수 있으며, 산화상태와 환원상태 모두에서 자성을 갖는 산소전달입자(1)를 이용한 루프실 분리기(10)의 구성에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 7은 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 자성분리기(20)를 이용한 루프실의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 8은 도 7의 A부분의 확대 구성도를 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 자성분리기(20)를 이용한 루프실 분리기(10)는 전체적으로 도입관(11), 자성분리기(20), 회재배출관(14), 산소전달입자 배출관(15) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
먼저, 도입관(11)으로 연료반응기(50)에서 배출된 회재(2)와, 연료반응기(50)에서 산소를 전달하여 환원된 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 고체냉각기(70)를 통과한 후 유입된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 도입관(11)은, 길이방향이 세로방향이며 유입된 회재(2)와, 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 중력에 의해 하부측으로 하강유동되는 하향관(12)과, 길이방향이 세로방향이고 하향관(12)의 하부 끝단에서 절곡 연결되어 회재(2)와, 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 유입되어 상부측으로 상승 유동되는 상향관(13)을 포함하여 구성된다.
또한, 하향관(12)과 상향관(13)의 연결단 측에는 유동화기체 주입부가 구비되어, 이산화탄소 또는 스팀 등의 냉각 및 유동화기체가 공급됨으로써 유동화되어 유체와 같은 성질을 갖게 되고, 유동화된 고체혼합물(자성을 갖는 산소전달입자(1), 회재(2))은 상향관(13)을 통해 상승유동하게 된다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상향관(13)의 상부 끝단에는 자성분리기(20)가 구비되어, 자성체(21)를 통해 회재(2)와, 자성을 갖는 산소전달입자(1)를 분리하게 된다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 자성분리기(20)는 상향관(13)의 상부 끝단에 연결되며, 판형태의 자성체(21)와, 자성체(21)의 자력에 의해 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 접촉되는 컨베어밸트(22)와, 컨베어밸트(22)를 구동하는 컨베어구동부(23)와, 컨베어밸트(22)에 접촉된 자성을 갖는 산소전달입자(1)를 탈착시켜 산소전달입자 배출관(15)으로 유입시키는 탈착부재(24)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 자성분리기(20)를 이용한 루프실 분리기(10)를 통한 회재(2)와, 산소전달입자(1)의 분리방법은, 연료반응기(50)에서 배출된 회재(2)와, 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 도입관(11)의 하향관(12)으로 유입되어 중력에 의해 하강유동하게 되고, 냉각 및 유동화를 위한 기체에 의해 유동화되어 상향관(13)으로 통해 상승하게 된다.
그리고, 상향관(13) 상부 끝단에 구비된 자성분리기(20)의 자성체(21)를 통해 회재(2)와, 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 서로 분리되게 된다. 즉, 회재(2)는 상향관(13)에서 컨베어밸브에 접촉되지 않고 회재배출관(14)을 통해 분리배출되고, 자성을 갖는 산소전달입자(1)는 자성체(21)의 자력에 의해 컨베어밸브에 접촉되어 산소전달입자 배출관(15) 상부측으로 이동된 후, 탈착부재(24)에 의해 탈착되어 산소전달입자 배출관(15)으로 분리 배출되어, 공기반응기(30) 측으로 유입, 재순환되게 된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 자성분리기(20)를 이용한 루프실 분리기(10)과, 고체냉각기(70)를 구비한 매체순환연소기(100)의 구성 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 9는 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 자성분리기(20)를 이용한 루프실 분리기(10)와, 고체냉각기(70)를 구비한 매체순환연소기(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 매체순환연소기(100)의 작동방법의 흐름도를 도시한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고체연료용 매체순환연소기(100)는 도 9에 도시된 바와 같이, 공기반응기(30), 공기반응기 사이클론(40), 연료반응기(50), 연료반응기 사이클론(60), 고체냉각기(70), 고체냉각기 사이클론(80), 루프실 분리기(10) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
공기반응기(30)는 유동화 가스가 공급되는 유동화가스 공급관(31)과 공기반응기 배출관(32)을 구비하며, 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 유동화되면서 산소를 포획하게 된다. 그리고, 산소를 포획한 산소전달입자(1)(산화상태)는 기체와 함께 공기반응기 배출관(32)을 통해 배출되어 공기반응기 사이클론(40)으로 유입되게 된다.
공기반응기 사이클론(40)은 공기반응기(30)에서 배출되는 기체를 공기반응기 사이클론 기체배출관(41)으로 배출시키고, 자성을 갖는 산소전달입자(1)는 고체배출관(42)으로 분리 배출시키게 된다.
자성을 갖는 산소전달입자(1)는 연료반응기(50)로 공급되게 된다. 연료반응기(50)는 이산화탄소 또는 스팀 등의 유동화가스가 공급되는 유동화가스주입관(52)과, 고체연료가 공급되는 고체연료공급관(51), 배출관(54), 고체혼합물배출관(53), 공기반응기(30)와 연결되는 재순환관(55)을 포함하여, 환원유동화가스에 의한 고체연료의 가스화 반응과 공기반응기 사이클론(40)에서 분리되어 공급되는 자성을 갖는 산소전달입자(1)에 의한 연소반응이 일어나며, 회재(2) 및 환원된 자성을 갖는 산소전달입자(1)를 배출하게 된다.
또한, 연료반응기 사이클론(60) 연료반응기 배출관(54)을 통해 배출되는 기체와 산소전달입자(1)의 혼합물을 분리하여, 기체는 기체배출관(61)으로 토출시키고, 고체배출관(62)을 통해 산소전달입자(1)를 연료반응기(50)로 복귀시키게 된다.
그리고 본 발명의 일실시예에 따른 매체순환연소기(100)는 고체냉각기(70)를 포함하여 구성된다. 매체순환연소기(100)는 일반적으로 600 ~ 1200℃의 고온 조건에서 조업되므로 앞서 언급한 루프실 분리기(10)에 적용하기 어려운 문제자 존재한다. 따라서 고체혼합물(산소전달입자(1)+회재(2))의 온도를 낮추는 공정이 필요하다. 따라서 본 발명의 일실시예에서는 연료반응기(50)와, 루프실분리기(10) 사이에 고체냉각기(70)를 구비하여, 연료반응기(50)의 고체혼합물 배출관(53)을 통해 배출되는 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 회재(2)를 냉각시킨 후, 루프실분리기(10)의 도입관(11)으로 유입시키게 된다.
구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 고체냉각기(70)는 유동층 반응기 형태를 갖고, 고체냉각기(70) 하부측에 구비되어 냉각 및 유동화를 위한 냉각기체가 공급되는 냉각기체공급관(71)과, 고체혼합물 배출관(53)과 연결되는 고체혼합물 유입단과, 고체냉각기(70)의 상부 일측에 구비되는 고체냉각기 배출관(72)과, 루프실분리기(10)의 도입관(11)과 연결되는 토출단을 포함하여 구성된다.
또한, 고체냉각기 사이클론(80)은 고체냉각기(70)의 상부측 배출관(72)으로 배출되는 기체와 산소전달입자(1)의 혼합물을 분리하여 기체는 기체배출관(81)으로 배출시키고, 산소전달입자(1)는 고체배출관(82)을 통해 고체냉각기(70)로 복귀시키게 된다.
그리고, 냉각된 회재(2)와 자성을 갖는 산소전달입자(1)는 앞서 언급한 루프실 분리기(10) 측으로 유입되어 회재(2)는 회재배출관(14)을 통해 분리 배출시키고, 자성을 갖는 산소전달입자(1)는 산소전달입자 배출관(15)을 통해 공기반응기(30)로 재순환시키게 된다.
이하에서는 앞서 언급한 고체연료용 매체순환연소기(100)의 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 공기반응기(30)에서 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 유동화되면서 산소를 포획하게 된다(S1)
그리고, 공기반응기 사이클론(40)이 공기반응기(30)에서 배출되는 기체와 자성을 갖는 산소전달입자(1)의 혼합물을 분리하여 산소전달입자(1)를 연료반응기(50)로 유입시키게 된다(S2).
그리고, 연료반응기(50)에서 환원유동화가스에 의한 고체연료의 가스화 반응과 공기반응기 사이클론(40)에서 분리되어 공급되는 자성을 갖는 산소전달입자에 의한 연소반응이 일어나게 된다(S3).
그리고, 연료반응기(50)의 고체혼합물 배출관(53)을 통해 회재(2) 및 환원된 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 배출되어, 고체냉각기(70) 측으로 유입되고(S4), 고체냉각기(70)에서 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 회재(2)가 냉각되게 된다(S5).
그리고, 고체냉각기(70)에서 배출된 회재(2)와, 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 루프실 분리기 도입관(11)의 하향관(12)으로 유입되어 중력에 의해 하강유동하게 된다(S6). 그리고, 하향관(12)의 하부 끝단에서 절곡되어 연결된 상향관(13)으로 회재(2)와, 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 유동화되어 상부측으로 상승 유동되게 된다(S7).
그리고, 상향관(13) 상부 끝단에 구비된 자성분리기(20)의 자성체(21)를 통해 회재(2)와, 자성을 갖는 산소전달입자(1)가 서로 분리되어(S8), 회재(2)는 회재배출관(14)을 통해 배출되고, 자성분리기(20)를 통해 분리된 자성을 갖는 산소전달입자(1)는 공기반응기(30) 측으로 유입되어 순환되게 된다(S9).
따라서 이와 같이 자성을 갖는 산소전달입자(1)와 루프실 분리기(10) 및 고체냉각기(70)를 사용하여 회재(2)가 축적되는 것을 방지하면서, 산소전달입자(1)의 손실을 저감할 수 있는 고체연료용 매체순환연소기(100)의 안정적인 조업이 가능해 진다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:자성을 갖는 산소전달입자
2:회재
10:루프실 분리기
11:도입관
12:하향관
13:상향관
14:회재배출관
15:산소전달입자 배출관
20:자성분리기
21:자성체
22:컨베어밸트
23:켄베어구동부
24:탈착부재
30:공기반응기
31:유동화가스공급관
32:공기반응기 배출관
40:공기반응기 사이클론
41:공기반응기 사이클론 기체배출관
42:공기반응기 사이클론 고체배출관
50:연료반응기
51:고체연료공급관
52:유동화가스주입관
53:고체혼합물배출관
54:연료반응기배출관
55:재순환관
60:연료반응기 사이클론
61:연료반응기 사이클론 기체배출관
62:연료반응기 사이클론 고체배출관
70:고체냉각기
71:냉각기체공급관
72:고체냉각기 배출관
80:고체냉각기 사이클론
81:고체냉각기 사이클론 기체배출관
82:고체냉각기 사이클론 고체배출관
100:고체연료용 매체순환연소기

Claims (15)

  1. 루프실 분리기에 있어서,
    연료반응기에서 배출된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 유입되는 도입관;
    상기 도입관으로 유입된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자를 자성체를 통해 분리하는 자성분리기;
    상기 자성분리기를 통해 분리된 회재가 배출되는 회재배출관; 및
    상기 자성분리기를 통해 분리된 자성을 갖는 산소전달입자를 공기반응기 측으로 유입시키는 산소전달입자 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도입관은,
    길이방향이 세로방향이며 유입된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 중력에 의해 하부측으로 하강유동되는 하향관과,
    길이방향이 세로방향이고, 상기 하향관의 하부 끝단에서 절곡되어 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 상부측으로 상승 유동되는 상향관을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기.
  3. 제 2항에 있어서,
    냉각 및 유동화를 위해 유동화기체가 주입되는 상기 하향관과 상기 상향관의 연결단 측에 구비되는 유동화기체 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자성을 갖는 산소전달입자는 슬래그를 오토마이제이션(automization)에 의해 구형으로 제조한 슬래그 볼인 것을 특징으로 하는 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 슬래그 볼은 산화, 환원 상태에서 모두 자성을 가지며, Fe2O3가 함유된 구리 슬래그 볼인 것을 특징으로 하는 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 자성분리기는 상기 상향관의 상부 끝단에 연결되며,
    판형태의 자성체;
    상기 자성체의 자력에 의해 상기 자성을 갖는 산소전달입자가 접촉되는 컨베어밸트;
    상기 컨베어밸트를 구동하는 컨베어구동부; 및
    상기 컨베어밸트에 접촉된 자성을 갖는 산소전달입자를 탈착시켜 상기 산소전달입자 배출관으로 유입시키는 탈착부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기.
  7. 회재 분리방법에 있어서,
    연료반응기에서 배출된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 도입관의 하향관으로 유입되어 중력에 의해 하강유동하는 단계;
    상기 하향관의 하부 끝단에서 절곡되어 연결된 상향관으로 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 유입되어 상부측으로 상승 유동되는 단계;
    상기 상향관 상부 끝단에 구비된 자성분리기의 자성체를 통해 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 서로 분리되는 단계; 및
    상기 자성분리기를 통해 분리된 회재가 회재배출관을 통해 배출되고, 상기 자성분리기를 통해 분리된 자성을 갖는 산소전달입자가 공기반응기 측으로 유입되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회재와 자성을 갖는 산소전달입자의 분리방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 서로 분리되는 단계는,
    상기 회재가 상기 상향관에서 컨베어밸브에 접촉되지 않고 회재배출관을 통해 분리배출되고, 상기 자성을 갖는 산소전달입자는 자성체의 자력에 의해 컨베어밸브에 접촉되어 산소전달입자 배출관 상부측으로 이동된 후, 탈착부재에 의해 탈착되어 산소전달입자 배출관으로 배출되는 것을 특징으로 하는 회재와 자성을 갖는 산소전달입자의 분리방법.
  9. 고체연료용 매체순환연소기에 있어서,
    자성을 갖는 산소전달입자가 유동화되면서 산소를 포획하는 공기반응기;
    상기 공기반응기에서 배출되는 기체와 자성을 갖는 산소전달입자의 혼합물을 분리하는 공기반응기 사이클론;
    환원유동화가스에 의한 고체연료의 가스화 반응과 상기 공기반응기 사이클론에서 분리되어 공급되는 자성을 갖는 산소전달입자에 의한 연소반응이 일어나며, 회재 및 환원된 자성을 갖는 산소전달입자를 배출하는 연료반응기; 및
    상기 연료반응기에서 공급받은 자성을 갖는 산소전달입자와 회재를 분리하여 자성을 갖는 산소전달입자만 상기 공기반응기로 이동시키는, 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 루프실 분리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료용 매체순환연소기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 연료반응기와, 상기 루프실 분리기 사이에 구비되어, 상기 연료반응기의 고체혼합물 배출관을 통해 배출되는 자성을 갖는 산소전달입자와 회재를 냉각시킨 후, 상기 루프실 분리기의 도입관으로 유입시키는 고체냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료용 매체순환연소기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 고체냉각기는 유동층 형태를 갖고,
    상기 고체냉각기 하부측에 구비되어 냉각 및 유동화를 위한 냉각기체가 공급되는 냉각기체공급관과, 상기 고체혼합물 배출관과 연결되는 고체혼합물 유입단과, 상기 고체냉각기의 상부 일측에 구비되는 고체냉각기 배출관과, 상기 루프실 분리기의 도입관과 연결되는 토출단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료용 매체순환연소기.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 연료반응기에서 배출되는 기체와 산소전달입자의 혼합물을 분리하여 상기 산소전달입자를 상기 연료반응기로 복귀시키는 연료반응기 사이클론을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료용 매체순환연소기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 고체냉각기에서 배출되는 기체와 산소전달입자의 혼합물을 분리하여 상기 산소전달입자를 상기 고체냉각기로 복귀시키는 고체냉각기 사이클론을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료용 매체순환연소기.
  14. 고체연료용 매체순환연소기의 작동방법에 있어서,
    공기반응기에서 자성을 갖는 산소전달입자가 유동화되면서 산소를 포획하는 단계;
    공기반응기 사이클론이 상기 공기반응기에서 배출되는 기체와 자성을 갖는 산소전달입자의 혼합물을 분리하는 단계;
    연료반응기에서 환원유동화가스에 의한 고체연료의 가스화 반응과 상기 공기반응기 사이클론에서 분리되어 공급되는 자성을 갖는 산소전달입자에 의한 연소반응이 일어나는 단계;
    연료반응기의 고체혼합물 배출관을 통해 회재 및 환원된 자성을 갖는 산소전달입자가 배출되어, 고체냉각기 측으로 유입되는 단계;
    상기 고체냉각기에서 자성을 갖는 산소전달입자와 회재가 냉각되는 단계; 및
    상기 고체냉각기에서 냉각된 자성을 갖는 산소전달입자와 회재가 루프실 분리기로 유입되어 자성체에 의해 회재와 자성을 갖는 산소전달입자를 서로 분리하여 회재는 회재배출관을 통해 배출시키고, 자성을 갖는 산소전달입자는 산소전달입자 배출관을 통해 상기 공기반응기로 순환시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료용 매체순환연소기의 작동방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 순환시키는 단계는,
    고체냉각기에서 배출된 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 도입관의 하향관으로 유입되어 중력에 의해 하강유동하는 단계;
    상기 하향관의 하부 끝단에서 절곡되어 연결된 상향관으로 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 유입되어 상부측으로 상승 유동되는 단계;
    상기 상향관 상부 끝단에 구비된 자성분리기의 자성체를 통해 상기 회재와, 자성을 갖는 산소전달입자가 서로 분리되는 단계; 및
    상기 자성분리기를 통해 분리된 회재가 회재배출관을 통해 배출되고, 상기 자성분리기를 통해 분리된 자성을 갖는 산소전달입자가 공기반응기 측으로 유입되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료용 매체순환연소기의 작동방법.
KR1020170043054A 2017-04-03 2017-04-03 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기, 그 루프실 분리기를 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법 KR101952009B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170043054A KR101952009B1 (ko) 2017-04-03 2017-04-03 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기, 그 루프실 분리기를 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법
US15/498,766 US10307768B2 (en) 2017-04-03 2017-04-27 Chemical looping combustor using magnetic oxygen carrier particles and loop seal equipped with magnetic separator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170043054A KR101952009B1 (ko) 2017-04-03 2017-04-03 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기, 그 루프실 분리기를 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180112889A true KR20180112889A (ko) 2018-10-15
KR101952009B1 KR101952009B1 (ko) 2019-02-26

Family

ID=63669447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170043054A KR101952009B1 (ko) 2017-04-03 2017-04-03 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기, 그 루프실 분리기를 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10307768B2 (ko)
KR (1) KR101952009B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210062422A (ko) * 2019-11-21 2021-05-31 한국에너지기술연구원 케미컬루핑 연소시스템의 반응속도 개선 방법 및 이를 이용한 구동 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110410781B (zh) * 2019-08-07 2020-11-10 哈尔滨理工大学 一种磁性纳米级载氧体化学链反应器及其使用方法
KR102426389B1 (ko) 2020-12-01 2022-07-29 한국에너지기술연구원 유동층 연소장치에서 발생되는 회재를 선택적 분리하고 재순환하기 위한 장치 및 상기 장치를 이용한 회재 재활용 방법

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0724598A (ja) * 1990-03-01 1995-01-27 Dante Ribecci 固形廃棄物の圧縮及び選別機械
JP2004517724A (ja) * 2001-01-16 2004-06-17 エコマイスター カンパニー リミテッド 汚廃水浄化装置及びその浄化方法
JP2009270814A (ja) 2008-04-11 2009-11-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd 燃焼設備及び燃焼設備の運転方法
CN102878552A (zh) * 2012-07-06 2013-01-16 华北电力大学 一种基于磁性载氧体的固体燃料化学链燃烧系统及工艺
KR101235271B1 (ko) * 2010-12-28 2013-02-20 재단법인 포항산업과학연구원 유동층 연소형 보일러
US20130143167A1 (en) * 2010-06-11 2013-06-06 Technische Universitaet Wien Fluidized bed reactor system
KR101325095B1 (ko) * 2012-07-03 2013-11-06 한국에너지기술연구원 고체연료용 매체 순환식 연소기
KR101458872B1 (ko) 2013-07-03 2014-11-07 한국에너지기술연구원 서로 다른 산소공여입자를 사용하는 매체 순환 연소방법 및 장치
KR101457884B1 (ko) * 2013-11-05 2014-11-13 한국에너지기술연구원 초 중질유 업그레이드 공정을 위한 자동형 이중순환유동층 냉간장치
JP2015087069A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ケミカルルーピング燃焼システムおよびその運転方法
KR101594799B1 (ko) 2015-01-12 2016-02-26 한국에너지기술연구원 회재분리기 및 이를 이용한 고체연료 매체순환연소기

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8000165A (nl) * 1980-01-10 1981-08-03 Holec Nv Werkwijze voor het in een magnetisch veld separeren van deeltjes.
US20010048902A1 (en) * 2000-05-01 2001-12-06 Christopher Hertzler Treatment system for removing hazardous substances from a semiconductor process waste gas stream
US7767191B2 (en) * 2003-12-11 2010-08-03 The Ohio State University Combustion looping using composite oxygen carriers
FI117144B (fi) * 2004-12-29 2006-06-30 Kvaerner Power Oy Menetelmä lentotuhkan käsittelemiseksi leijukattilassa ja kattilalaitos
WO2007044576A1 (en) * 2005-10-07 2007-04-19 Steward Environmental Solutions, Llc Method to remove an agent using a magnetic carrier

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0724598A (ja) * 1990-03-01 1995-01-27 Dante Ribecci 固形廃棄物の圧縮及び選別機械
JP2004517724A (ja) * 2001-01-16 2004-06-17 エコマイスター カンパニー リミテッド 汚廃水浄化装置及びその浄化方法
JP2009270814A (ja) 2008-04-11 2009-11-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd 燃焼設備及び燃焼設備の運転方法
US20130143167A1 (en) * 2010-06-11 2013-06-06 Technische Universitaet Wien Fluidized bed reactor system
KR101235271B1 (ko) * 2010-12-28 2013-02-20 재단법인 포항산업과학연구원 유동층 연소형 보일러
KR101325095B1 (ko) * 2012-07-03 2013-11-06 한국에너지기술연구원 고체연료용 매체 순환식 연소기
CN102878552A (zh) * 2012-07-06 2013-01-16 华北电力大学 一种基于磁性载氧体的固体燃料化学链燃烧系统及工艺
KR101458872B1 (ko) 2013-07-03 2014-11-07 한국에너지기술연구원 서로 다른 산소공여입자를 사용하는 매체 순환 연소방법 및 장치
JP2015087069A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ケミカルルーピング燃焼システムおよびその運転方法
KR101457884B1 (ko) * 2013-11-05 2014-11-13 한국에너지기술연구원 초 중질유 업그레이드 공정을 위한 자동형 이중순환유동층 냉간장치
KR101594799B1 (ko) 2015-01-12 2016-02-26 한국에너지기술연구원 회재분리기 및 이를 이용한 고체연료 매체순환연소기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210062422A (ko) * 2019-11-21 2021-05-31 한국에너지기술연구원 케미컬루핑 연소시스템의 반응속도 개선 방법 및 이를 이용한 구동 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US10307768B2 (en) 2019-06-04
US20180283682A1 (en) 2018-10-04
KR101952009B1 (ko) 2019-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0063924B1 (en) Methods for melting and refining a powdery ore containing metal oxides and apparatuses for melt-refining said ore
KR101952009B1 (ko) 자성을 갖는 산소전달입자와 자성분리기를 이용한 루프실 분리기, 그 루프실 분리기를 갖는 매체순환연소기 및 그 작동방법
JP6453349B2 (ja) インサイチュ酸素生成および化学ループ燃焼を使用した炭酸ガス燃焼方法
KR930004475B1 (ko) 금속 산화물을 함유한 물질의 환원방법 및 장치
US4073642A (en) Method for reducing material containing iron oxides
Markström et al. Chemical-looping combustion in a 100 kW unit for solid fuels
US10184657B2 (en) Process and apparatus for chemical looping redox combustion with control of the heat exchanges
CN109073213B (zh) 用于氧载体协助的氧助燃流化床燃烧的系统及方法
RU2630136C2 (ru) Способ и устройство для ввода тонкодисперсного материала в псевдоожиженный слой восстановительного агрегата с псевдоожиженным слоем
CA2923643C (en) Method and plant for removing arsenic and/or antimony from flue dusts
CN104006383A (zh) 使用用于燃烧含碳物料的设备的方法
KR102469391B1 (ko) 금속 합금을 생산하는 야금로
EP2940156B1 (en) Molten iron manufacturing apparatus and molten iron manufacturing method
CN109253448B (zh) 循环流化床燃烧方法
US20050092130A1 (en) Process and apparatus for the direct reduction of iron oxides in an electrothermal fluidized bed and resultant product
CN102798222A (zh) 一种基于固体燃料的化学链燃烧装置及其使用方法
CN111918973A (zh) 锌的回收方法
US9956517B2 (en) System and method for reducing carbon dioxide emissions from a flue gas generated via combusting a fossil fuel
KR101504705B1 (ko) 용철제조장치
US5464464A (en) Method for reducing particulate iron ore to molten iron with hydrogen as reductant
KR102519980B1 (ko) 외부 유동층 열교환기를 이용한 매체순환연소시스템 및 그 제어방법
JP6381389B2 (ja) ケミカルルーピング燃焼システムならびにその運転方法
CN110462003B (zh) 用于化学回路的系统和方法
KR102550121B1 (ko) 탄소침적 최소화 운전이 가능한 외부 유동층 열교환기를 이용한 매체순환연소시스템 및 그 운전방법
EP4269540A1 (en) Installation and method for thermochemically converting a solid fuel into a synthesis gas

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant