KR950012569B1 - 가스화 또는 연소 공정에서 배출되는 고체 물질로부터 열을 회수하는 방법 및 장치 - Google Patents

가스화 또는 연소 공정에서 배출되는 고체 물질로부터 열을 회수하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

가스화 또는 연소공정에서 배출되는 고체물질로부터 열을 회수하는 방법 및 장치
[도면의 간단한 설명]
제 1 도는 본 발명의 한가지 실시예의 개략도.
제 2 도는 본 발명의 제 2 실시예의 개략도.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 연소 또는 가스화 공정 및/ 또는 고온 가스의 정화 공정 등과 같은 고온 공정에서 배출되는 고체 물질로부터 열을 회수하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고온 공정에서 회수된 열의 재사용에 관한 것으로, 가스화 또는 연소 공정의 재(ash)로부터 열을 회수하는데 적합하다.
그 중 한가지 이유는 재를 저장하기 전에 냉각시켜야 한다는 것이고, 다른 하나는 재, 특히 미세한 재가 분산되면 공해를 유발시킨다는 것이다.
연소실 또는 별도의 응집 수단 내에서 재를 가열하여 응집시킴으로써 미세한 재를 제거하여 배출되는 재가 저장에 적합하게 되도록 하려는 노력이 계속되어 왔다.
연료를 건조시키는데 재를 이용하는 것도 제안되었다. 예를들면 스웨덴 특허 출원 제 8501563-4호에는 연료를 연소실로 공급하기 전에 고온의 재와 혼합하는 것이기재되어 있다. 이 경우 연료에 함유되어 있을 수도 있는 수분은 재에 흡수되거나 증발한다. 따라서, 연료는 건조해지고 통상적 건조 물질 처리용 설비에서 취급하기가 쉬워진다. 그러나, 이와동시에 공정 내에서 순환하는 재의 양이 증가하므로 에너지의 경제성이란 관점에서 바람직스럽지 못하게 된다.
또, 독일 특허 명세서 제 31 01 847호에 기재된 바와 같이 재에 물을 섞어 응집 및 냉각시킴으로써 저장에 더 적합하게 되도록 하려는 시도도 있었다. 그러나, 이 방법은 물의 온도가 낮기 때문에 그 열을 이용하기 어렵다는 문제가 있다. 냉각 방법과 물의 양에 따라 재 냉각수의 온도는 일반적으로 200℃ 이하이다. 이 물은 증기 도관에 추가시키기에는 너무 차다. 또, 냉각수의 온도는 보일러 물의 온도와 크게 다르지 않다. 그러므로, 이 냉각수는 적절한 규모의 수단에 의하여 보일러의 물을 가열시키는데 이용될 수 없다. 물을 배출시키고, 그 열을 이용하지 않는 것은 열의 경제성이란 점에서도 좋은 해결책이 아니다.
가스화 및 연소 공정에 필요한 고체는 여러 성분이 연소실의 전체 단면적에 걸쳐 가능한한 균일하게 분포되도록 교란되지 않은 상태로 연소실로 공급되어야 한다. 미세한 건조 물질을 가압 연소실로 공급하는데는 복잡한 장치가 필요하다. 연소실로 공급하기전에 건조 물질을 파이프 내에서 이송시키는 것은 어렵고 에너지가 많이 필요하다. 예컨대, 미분탄을 이송시키면 먼지가 많이 생기고, 미분탄 자체는 폭발의 위험도 있다.
상기 결점을 해소시키기 위하여 석탄을 연소실로 공급하기 전에 수분을 가하는 것이 제안되었다. 핀란드 특허 제865217호에는 물을 분탄과 혼합시키는 방법이 기재되어 있다. 물은 펌핑이 가능한 정도로 분탄과 혼합된다. 이 석탄 페이스트(paste)는 추가적 처리없이 연소 단계로 펌핑된다.
본 발명의 한 가지 목적은 고온 공정에서 배출된 고체로부터 열을 회수하는 방법을 제공하는 것으로, 이 방법은 열 회수 면에서 앞서 언급된 방법 보다 우수하다. 본 발명의 다른 목적은 배출된 고체를 후속 처리에 적합한 형태로 변화시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가스화 또는 연소 공정의 공급 물질을 가스화 또는 연소 반응기로 공급하기 전에 처리하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 고온 공정에서 분리된 고온 고체로부터 열을 회수하는 본 발명의 방법은 고체 물질로부터 유체로 열을 전달하는 매질인 유체와 고체 물질이 열교환 접촉하고, 이렇게 가열된 유체는 공급 물질이 공정으로 도입되기 전에 공정의 공급 물질과 혼합되어 이를 가열 및 가습시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 열 회수 장치는 고온 공정의 고체 물질 출구와 연결된 열교환기와 연소 또는 가스화 반응기와 연통되고 열교환기에 연결된 혼합실이 포함되는 것을 특징으로 한다. 고체 물질을 공정으로부터 열교환기로 공급하기 위하여, 열교환기는 도관을 통하여 반응기의 연소실 및/ 또는 고온가스의 정화 수단과 연결된다. 또한, 물과 같은 유체를 열교환기로 도입시키는 수단과, 유체의 냉각 효과에 의하여 냉각된 고체 물질을 열교환기로부터 배출시키는 수단이 열교환기에 구비되어 있다. 열교환기는 도관을 통하여 혼합실과 연결되어 가열된 유체를 열교환기로부터 혼합실로 유도한다. 또, 석탄과 같은 공정 공급 물질을 혼합실로 도입시키는 수단과 생성된 유체와 공급 물질의 혼합물을 반응기로 도입시키는 도관이 혼합실에 구비되어 있다.
본 발명은 가스 정화 수단 내에서 연속적으로 분리되는 플라이 애쉬(fly ash) 등의 가스화 또는 연소 공정의 재로부터 열을 회수하는데 적합하다.
또한, 본 발명은 유동상 반응기의 연소실에서 배출되는 상 물질로부터 열을 회수하는데 적합하다. 일반적으로 상 물질에는 주로 재와 모래같은 비활성 고체 물질이 포함된다. 또, 공정에 공급되는 유황 결합 칼슘화합물 등의 몇 가지 첨가제가 상 물질로 포함될 수 있다. 반응기 내의 적절한 공정 조건을 유지하기 위하여 상 물질은 연속적 또는 간헐적으로 반응기로부터 제거된다. 배출되는 물질은 고온이므로, 일반적으로 후속 처리에 앞서 냉각되어야 한다.
본 발명의 방법에서 열교환 매질로 이용되는 유체는 물인 것이 바람직하다. 이는 공급 물질과 혼합되어 고온 공정 내로 공급하기 적당하다. 공정 및 온도에 따라 다른 유체가 이용될 수도 있다.
본 발명에 의하면 고온 고체 물질은 예컨대 반응기 연소실의 하부에 설치된 물 탱크같은 개방형 유체 탱크나 폐쇄형 물 탱크로 도입될 수 있다.
폐쇄형 물 탱크 내에서 고온 고체 물질은 물을 증발시키고, 이는 증발된 상태로 이송될 수 있다. 증기는 먼 거리로 이송될 수 있다. 증기가 미분탄과 같은 차가운 공급 물질과 접촉하면 석탄 입자의 표면에서 응축되어 석탄을 가열시키면서 연소실로 공급시키기 적절한 석탄 페이스트를 형성시킨다.
액체는 제거된 고체 물질과 직접 또는 간접 열교환 접촉한다. 재로 더러워진 물은 다음에 공정의 공급 물질에 수분을 가하는 직접 이용되어 공정으로 복귀되므로, 물과 연소 공정으로부터 제거된 재 사이의 열 회수는 직접 열교환에 의하여 이루어질 수 있다. 그러므로, 물의 정화 문제가 생기지 않는다. 직접 열교환으로 생성된 젖은 재는 먼지를 발생시키지 않고 저장소로 운반될 수 있다.
석탄이 연소되거나 가스화되는 보일러 또는 가스화 장치에 본 발명이 적용될때, 가열된 액체나 증기는 처리 및 취급이 용이한 정도의 석탄 페이스트를 형성시키도록 석탄과 혼합된다. 석탄의 수분을 15-50% 증가시키면 더 먼 거리를 펌핑에 의하여 이송시킬 수 있고, 가압 연소실 내로도 용이하게 공급할 수 있다. 이때에는 매우 간단한 수단에 의하여 공급할 수 있다. 수분 함량을 증가시키면 석탄의 먼지를 방지할 수 있고, 폭발의 위험도 크게 감소시킬 수 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제 1 도의 실시예는 유동상 반응기(1)의 가압 연소실(2)에서 제거된 재(ash) 및 다른 가능한 상 물질(bedmaterial)로부터 열을 회수하는데 적용된다. 이 실시예에서는 물이 열 회수 매질로 이용된다. 가열된 물은 유동상 반응기 내의 연료의 온도와 조성을 조절하는데 이용된다. 하부 격자(4)의 구멍을 통하여 공기와 같은 유동화 가스가 연소실로 도입되어 유동상 반응기(1)의 연소실(2)내에 유동상이 유지된다. 물론, 유동화가스는 연소실의 하부에 배치된 공기 노즐 등의 다른 일반적인 공기 공급 수단에 의하여 공급될 수도 있다. 공정 가스는 가스 배출 파이프에 의하여 연소실의 상부로부터 배출된다. 예컨대 석탄과 같은 연료는 도관(3)을 통하여 연소실로 공급된다. 필요한 경우, 연소실에 다수의 연료 공급 도관이 배치될 수 있다. 또, 도시되지는 않았지만 상 물질이나 첨가제를 공정에 도입시키기 위하여 다양한 도관을 연소실에 설치할 수도 있다.
재 및 상으로부터 배출될 수 있는 다른 고체 물질은 배출 수단(6)에 의하여 연소실의 하부로부터 제거된다. 연소실로부터 배출된 재는 통로(7)를 통하여 교환실(9)을 가진 열교환기(8)로 도입된다. 제 1 도의 실시예에서는 재가 이 교환실에서 도관(10)을 통하여 흐르는 액체와 간접 열교환 접촉한다. 이 액체는 예컨대 물일 수 있다. 냉각된 재는 교환실로부터 도관(11)과 압력 감소 밸브를 통하여 저장 탱크로 이송된다.
이상의 기술과 달리, 부분적으로 예컨대 물로 채워진 실로 재가 유동되어 액체와 직접 열교환 접촉할 수도 있다. 냉각된 재는 예컨대 스크류 컨베이어에 의하여 물로부터 제거될 수도 있다.
열교환기에서 가열된 물은 도관(13)을 통하여 혼합실(14)로 도입되고, 여기서 물은 연료(15)와 혼합된다. 이 연료는 미분탄일 수 있다. 가열된 물은 연료의 수분 함량이 15-20%가 되어 용이하게 펌핑할 수 있는 석탄 페이스트가 형성되도록 혼합된다. 이 혼합실은 도관(3)에 의하여 유동상 반응기와 연결된다.
본 발명은 가압 및 비가압 연소 또는 가스화 공정에 적용시킬 수 있다. 가압 연소실로부터 가압 열교환기로 재를 공급하는 것은 가압 상태에서 용이하게 이루어질 수 있다. 냉각된 재는 압력 감소 밸브를 통하여 저장 탱크로 쉽게 이송시킬 수 있다.
어떤 경우에는 압력 감소 밸브를 연소실과 열교환기 사이에 설치하여 대기압에서 재를 냉각시키는 것이 바람직하다.
제 2 도의 방법에 의하면, 본 발명은 플라이 애쉬(fly ash)로부터 열을 회수하는데 이용된다. 유동상 반응기(2)로부터 나온 가스는 수단(16)에서 정화된다. 플라이 애쉬는 도관(7)을 통하여 열교환기로 도입된다. 앞의 실시예와 마찬가지로 재의 열은 공정으로 공급되는 연료에 수분을 가하고 예열시키도록 혼합실(14)로 도입되는 액체에 의하여 회수된다.
플라이 애쉬의 양과 그 함유 열량은 반응기 하부의 재보다 적기 때문에 플라이 애쉬의 열을 이용하는 것은 어렵다. 본 발명에 의하면 플라이 애쉬의 열도 이용할 수 있다.
본 발명은 이상의 실시예로만 제한되지 않으며, 다음의 청구범위 내에서 수정 적용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 연소 또는 가스화 공정 및/ 또는 고온 가스의 정화 공정 등과 같은 고온 공정에서 분리되는 고온 입자로부터 열을 회수하는 방법에 있어서, 고체 물질로부터 유체로 열을 전달하는 매질인 유체와 고체 물질이 열교환 접촉하고, 이렇게 가열된 유체는 공급 물질이 공정으로 도입되기 전에 공정의 공급 물질과 혼합되어 이를 가열 및 가습시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제거된 고체 물질로부터 열이 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 유동상 반응기의 하부에서 제거되는 고체 물질로부터 열이 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 유동상 반응기 다음의 가스 정화 공정에서 분리된 플라이 애쉬로부터 열이 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 가압 연소 또는 가스화 공정의 재로부더 열이 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 유동상 반응기에서 배출되는 상 물질로부터 열이 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 고체 물질이 열교환 매질과 간접 열교환 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 고체 물질이 액체와 직접 열교환 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 물을 가열하기 위하여 고체 물질이 물과 열교환 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 연소 또는 가스화 공정에서 이용될 연료와 물이 혼합되기 전에 재를 냉각시키고 물을 가열시키기 위하여, 연소 또는 가스화 공정에서 제거된 재가 물과 열교환 접촉하는 것을 특징으로 하는방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 물을 증발시키기 위하여 고체 물질이 페쇄 용기 내에서 물과 혼합되고, 그후 수증기가 연료와 접촉하여 그 표면에서 응축되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 고온의 물이 분탄 또는 미분탄과 혼합되어 석탄 페이스트를 생성시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 석탄의 수분 함량을 5-50%로 증가시키기 위하여 고온의 물이 석탄과 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 고온의 물이 석탄과 혼합되어 석탄을 펌핑시키기 적당한 형태로 변화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 2 항에 있어서, 고체 물질이 가압 유동상 반응기로부터 가압 열교환기로 도입되고, 여기서 고체 물질이 액체와 열교환 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 연소 또는 가스화 반응기(1)에서 배출되는 고체 물질 및/ 또는 고온 가스의 정화 수단(16)에서 배출되는 고체 물질로부터 열을 회수하는 장치에 있어서, 고체 물질을 열교환기로 수용하기 위하여 도관(7)을 통하여 반응기(1)의 연소실 및/ 또는 가스 정화 수단(16)과 연결되고, 열교환기로 액체를 수용하기 위한 수단(10)과 열교환기로부터 냉각된 고체를 배출시키기 위한 수단(11)이 구비된 열교환기(8), 열교환기 내에서 가열된 액체를 수용하기 위하여 도관(13)을 통하여 열교환기(8)와 연결되고, 반응기로 도입될 공급 물질을 혼합실로 수용하기 위한 수단(15)과 혼합실에서 생성된 액체와 공급 물질의 혼합물을 반응기 내로 도입시키기 위한 도관(3)이 구비된 혼합실(14)이 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 고체 물질로부터 액체로 열을 전달하기 위하여 액체와 고체 물질이 직접 열교환 접촉하는 실이 열교환기(8)에 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 고체 물질로부터 액체로 열을 전달하기 위하여 액체와 고체 물질이 간접 열교환 접촉하는 실(9)이 열교환기(8)에 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 폐쇄된 실(9)과 열교환기에서 생성된 증기를 혼합실(14)로 이송시키기 위한 도관(13)이 열교환기(8)에 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 열교환기(8)가 도관(7)을 통하여 유동상 반응기 하부의 재를 배출시키기 위한 수단(6)과 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 유동상 반응기가 가압된 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 16 항에 있어서, 열교환기(8)가 도관(7)을 통하여 플라이 애쉬 분리가와 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
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