KR20200138624A - 국부 온도제어형 가스화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베젤 내부에서 공기와 연료가 혼합하여 산화 환원반응에 의해 합성가스가 생성될 때 국부적으로 발생하는 규정온도 이상의 급격한 이상 고온역대를 신속히 진정시켜 내화재 보호와 합성가스의 생성효율을 높일 수 있는 가스화기를 제공하려는 것으로, 하부에 공기공급수단과 연료공급수단이 통상의 베젤형 가스화기에서, 내화재 구간의 베젤 외부에 상하로 일정한 높이차를 두고 설치된 복수의 링형 냉각수관과; 냉각수관 위치별로 베젤의 외면에 설치된 온도센서와; 냉각수관에 선별적으로 냉각수를 공급하는 급수펌프와; 급격히 온도가 상승한 이상 고온역대의 온도센서측 감지신호를 수신하여 그 고온역대의 냉각수관측 전자변을 개방해 그리로 냉각수가 공급되도록 제어하는 제어부;가 포함된 국부 온도제어형 가스화기를 특징으로 한다.

Description

국부 온도제어형 가스화기{PARTIAL TEMPERRATURE CONTROL TYPE GASFIER}

본 발명은 베젤 내부에서 공기와 연료가 혼합되어 산화 환원반응으로 합성가스가 생성될 때 국부적으로 발생하는 규정온도 이상의 급격한 온도상승을 효과적으로 저지할 수 있게 한 국부 온도제어형 가스화기에 관한 것이다.

석탄가스화복합발전(IGCC:Integrated Gasification Combined Cycle)은 석탄원료로부터 전기뿐 아니라 수소, 액화석유까지 만들 수 있는 차세대 발전기술로서, 석탄을 수소와 일산화탄소를 주성분으로 한 합성가스로 전환한 뒤 합성가스 중에 포함된 분진과 황산화물 등 유해물질을 제거하고 천연가스와 유사한 수준으로 정제하여 복합 발전하는 기술이다.

석탄화력발전에 비해 발전 효율이 높고, 직접 연소 발전에 비해 황산화물 90% 이상, 질소산화물 75% 이상, 이산화탄소 25% 까지 저감할 수 있는 환경친화적 기술이다. 석탄가스화복합발전에는 가스화기가 필수적이다.

가스화기는 석탄, 중질유, 폐기물 등의 연료를 고온·고압의 환원분위기 하에서 부분 산화시켜 수소와 일산화탄소를 주성분으로 하는 합성가스로 전환한 뒤 합성가스 중에 포함된 분진과 황산화물 등의 유해물질을 제거하고 냉각과 천연가스와 유사한 수준의 정제과정을 거쳐 발전용 연료화 하는 것이다.

도 1에 도시된 종래의 가스화기에서 생성되는 고온의 합성가스가 상부의 출구로 배출될 때의 온도가 900℃ 이상이면 합성가스 내에 존재하는 회분이 끈적거려서 배출덕트 및 합성가스 냉각장치 내에 부착되어 가스화기의 전체 압력 상승요인으로 작용하기 때문에 정상 운전이 불가능해진다.

이런 현상을 방지하기 위하여 종래에는 집진기의 출구에서 250℃ 정도로 냉각된 합성가스 중의 일부를 추출해 가스화기의 출구로 순환시켜 가스화기 출구측 합성가스의 온도가 900℃ 이하로 유지되도록 하였다.

그러나, 이 방법은 냉각효과가 크지 않고, 멤브레인 벽(membrane wall) 후단의 합성가스 출구와 합성가스 냉각기 덕트 간의 장척화가 불가피해 건설비용이 증가하고, 합성가스 냉각기 및 덕트 등의 막힘 현상이 발생하여 가스화기 설비의 이용효율을 저하시칸다. 많은 양의 합성가스를 고압으로 승압시켜 순환시키는데 소요되는 동력이 과다해 열효율도 떨어진다.

가스화기 중에는 베젤(Vessel)의 하부로 공기와 연료가 혼합되어 산화 환원작용으로 합성가스가 생성되도록 한 유형도 있다. 산화 환원반응 이 일어나는 동안에 가스화기의 온도가 국부적으로 1000℃를 상회하는 구간이 발생할 수 있는데, 그 온도를 제어할 수 있는 마땅한 수단이 없어 가스화기 내의 내화재 및 가스화기의 효율저하를 막지 못했다.

등록특허 10-1837650호는 가스화기의 합성가스 출구에 합성가스 냉각장치를 설치하여 고압의 냉각 합성가스 분사로 난류를 발생시켜 고온의 합성가스를 냉각시키는 것으로, 이 선행기술로는 가스화기의 온도가 국부적으로 1000℃를 상회하는 구간의 온도를 제어할 수 없다.

또, 유입구를 통해 유입되는 합성가스에 냉각가스를 합성하여 냉각시키는 공개특허 제10-2013-0035005호는 상기 선행기술과 일부 구성에 차이가 있지만, 가스화기의 온도가 국부적으로 1000℃를 상회하는 구간의 온도를 제어할 수 없기는 마찬가지다.

등록특허 10-1837650호 공개특허 제10-2013-0035005호

본 발명은 베젤 내부에서 공기와 연료가 혼합하여 산화 환원반응에 의해 합성가스가 생성될 때 국부적으로 발생하는 규정온도 이상의 급격한 이상 고온현상을 제때에 신속히 진정시켜 내화재 보호와 합성가스의 생성효율을 높일 수 있는 국부 온도제어형 가스화기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

위 과제는, 하부에 공기공급수단과 연료공급수단이 갖춰진 통상의 베젤형 가스화기에서 내화재 구간의 베젤 외부에 상하로 일정한 높이차를 두고 설치된 복수의 냉각수관과, 냉각수관 위치별로 베젤의 외면에 설치된 온도센서와, 냉각수관에 선별적으로 냉각수를 공급하는 급수펌프와, 급격히 온도가 상승한 이상 고온역대의 온도센서측 감지신호를 수신하여 그 고온역대의 냉각수관측 전자변을 개방해 그리로 냉각수가 공급되도록 제어하는 제어부를 포함한 온도 제어가 가능한 가스화기로 달성할 수 있다.

냉각수관은 유입된 냉각수가 휘돌아 빠져나가는 링형이다.

본 발명은 가스화기 내의 고온분위기 하에서 공기와 연료가 섞이면서 산화 환원 반응해 합성가스로 바뀌어 출구로 빠져나가는 과정에서 급작스레 규정온도(1000℃) 이상으로 상승하는 구간이 감지되면 그 구간에 속하는 냉각수관으로 냉각수가 공급되어 규정온도 수준으로 강하시키므로 내화재의 손상과 가스화기의 합성가스 생성효율저하를 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 기화가스 시스템의 개략도
도 2은 본 발명에 의한 가스화기의 모식도
도 3은 본 발명 가스화기에 설치한 냉각수관의 투시도

본 발명은 본 실시예에 한정되는 것은 아니며, 동종 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 범주를 바르게 인식할 수 있도록 돕는 의미에서 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 가스화기의 모식도이다. 이 그림에서, 가스화기(1)는 하부에 공기공급수단(2)과 연료공급수단(3)이 갖춰진 통상의 베젤형이다.

본 발명은 상기 베젤의 외부에서 내화재 구간의 외부에는 상하로 일정한 높이차를 두고 복수의 냉각수관(4a~n)이 단계적으로 설치되어 있고, 각각의 냉각수관 위치별로 베젤의 외면에는 복수의 온도센서(5a~n)가 설치되어 있으며, 각 온도센서는 제어부에 연결되어 각각 개별적으로 작동 지시를 받는다.

냉각수관(4a~n)은 내화재 구간에서 베젤 내부 온도가 급격히 상승한 상황이 발생되고, 그 온도 상승 상황이 해당 온도센서(5a~n)에 감지되었을 때 제어부의 지시에 의해서 그 온도급상승구간의 해당 냉각수관으로 냉각수를 공급 유통시켜 베젤 외부의 온도 상승구간의 온도를 정상온도로 강하시키는 온도 제어작동을 하도록 설치한 것이다.

베젤 몸체의 외면에 설치되는 본 발명의 냉각수관(4a~n)은 도 3과 같이 유입구(6)와 배수구(7)를 가진 C형 또는 링형의 구조를 가지며, 냉각수의 유입과 배수를 위해서 양단이 분리되어 입구와 출구로 사용된다.

냉각수관(4a~n)에서 유입구(6)측은 분기관(8)을 통해 급수펌프(9)의 토출구에 연결된 급수관(10)으로 부터 급수를 받으며, 각 분기관(8)에는 전자변(11a~11n)이 설치되어 냉각수의 공급이 통제받는다.

배수구(7)에서 배출되는 물은 별도의 배수관을 통해서 저수조로 환수시켜 재공급 순환되게 하며, 또는 방류관을 통해서 외부로 처리되게 할 수도 있다.

또, 모든 온도센서(5a~n)와 전자변(11a~n)은 제어부(12)에 전기적으로 연결되며, 전자변(11a~n)은 자기 소속의 온도센서(5a~n)에 의해 온도급상승상황을 감지한 신호가 제어부(12)에 인가되는 즉시 개방되어 온도급상승구간측 냉각수관(4a~n)에 냉각수가 공급되도록 한다.

냉각수는 베젤의 온도급상승구간측 온도가 정상으로 되돌아갈 때까지 공급되며, 베젤의 온도급상승구간측 온도가 정상을 회복하면 그 온도센서(5a~n)의 신호가 제어부(12)를 통해 해당 전자변(11a~n)에 하달되어 급수를 차단하게 된다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 가스화기(1) 내부로 공기와 연료가 공급, 혼합되어 산화 환원작용으로 합성가스가 생성되던 중, 베젤의 내화재 구역 중에서 어느 부위가 규정온도 이상으로 급상승하여 압력이 고조되면 그 부위로 냉각수를 흘려 온도를 강하시킬 수 있으므로 내화재 보호에 도움이 되고, 합성가스의 생성효율도 정상으로 유지된다.

1: 가스화기
2: 공기공급수단
3: 연료공급수단
4a~n: 냉각수관
5a~n: 온도센서
8: 분기관
9: 급수펌프
10: 급수관
11a~11n: 전자변
12: 제어부

Claims (2)

1. 하부에 공기공급수단과 연료공급수단이 구비된 통상의 베젤형 가스화기를 형성함에 있어서,
   내화재 구간의 베젤 외부에 상하로 일정한 높이차를 두고 단계적으로 설치된 복수의 냉각수관과;
   상기 냉각수관의 위치별로 베젤의 외면에 설치된 온도센서와;
   상기 냉각수관에 선별적으로 냉각수를 공급하는 급수펌프와;
   급격히 온도가 상승한 이상 고온역대의 온도센서측 감지신호를 수신하여 그 고온역대의 냉각수관측 전자변을 개방해 냉각수가 공급되도록 제어하는 제어부; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 국부 온도제어형 가스화기.
2. 제1항에 있어서, 상기 냉각수관은 유입된 냉각수가 휘돌아 빠져나가는 링형인 것을 특징으로 하는 국부 온도제어형 가스화기.

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