WO2016108356A1 - 유동층 가스화 장치 및 연료공급방법 - Google Patents

유동층 가스화 장치 및 연료공급방법 Download PDF

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WO2016108356A1
WO2016108356A1 PCT/KR2015/005357 KR2015005357W WO2016108356A1 WO 2016108356 A1 WO2016108356 A1 WO 2016108356A1 KR 2015005357 W KR2015005357 W KR 2015005357W WO 2016108356 A1 WO2016108356 A1 WO 2016108356A1
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WO
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fuel
fuel supply
fluidized bed
supply pipe
bed gasifier
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PCT/KR2015/005357
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English (en)
French (fr)
Inventor
이덕진
윤형철
조성호
Original Assignee
포스코에너지 주식회사
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/30—Fuel charging devices

Definitions

  • the present invention relates to a fluidized bed gasifier and a fuel supply method, and more particularly, to a fluidized bed gasifier and a fuel supply method in which fuel is stably supplied at a constant pressure.
  • the coal gasification process is to inject coal into the gasifier to incomplete combustion to produce syngas mainly composed of CO and H2, and then remove sulfur compounds such as COS and H2S through a gas purification process.
  • Synthetic Natural Gas (SNG), Synthetic Petroleum (Coal to Liquid, CTL), chemicals and power are produced using the synthetic-power generation process.
  • the gasification process can include heavy residue oil, low-grade raw materials such as biomass or waste.
  • gasification processes such as sulfuric acid gas, nitrate gas, and carbon dioxide It is an eco-friendly process because emissions are suppressed, and it can be replaced by a gasification process based on coal reserves rich in oil and natural gas resource shortage problems, and thus has been spotlighted as a technology that can solve energy shortage and security problems. Active research is underway for its use.
  • Gasifiers include a fixed bed gasifier, a fluidized bed gasifier, and an entrained flow gasifier.
  • the fluidized bed gasifier has a gaseous raw material supplied from the side to the dry side, and vapor or oxygen is supplied to the lower side of the gasifier at a speed corresponding to the fluidization operation range, compared to other gasifiers. Because it can be obtained and the reaction rate is fast and operated at a high temperature, by-products such as tar and phenol can be decomposed.
  • the operating temperature should be kept below the melting point of the coal ash, and due to the short residence time of the raw material, unreacted raw material may flow out of the reactor together with the ash. There is this.
  • the fluorine-type raw materials supplied are suspended without being sinked due to their low density, which may result in bridging of fuel around the internal screws of the raw material supply bunkers that transfer the raw materials to the gasifier. have.
  • Figure 1 shows a simplified configuration of a conventional fluidized bed gasifier fuel supply device.
  • the conventional fluidized bed gasifier fuel supply device lacks a means for forcibly discharging the solid fuel 6 into the fuel supply pipe 4 from the inside of the fuel bunker 1. Due to the low density, bridging phenomenon occurs because it is not smoothly supplied into the fuel supply pipe (4). The bridging phenomenon is a phenomenon in which the fuel is emptied around the screw in the fuel supply pipe 4 because the solid fuel 6 cannot be supplied toward the screw.
  • the low-fuel waste is contained in the solid fuel 6 in the fuel bunker 1, in particular, vinyls are stuck between the screw and the inner wall of the fuel supply pipe 4 and cannot be supplied to the fluidized bed gasifier. This may occur.
  • the flow yarn (7) which helps the smooth contact between the fuel and the air in the fluidized bed gasifier, the fuel supply pipe inserting portion 8, which is the end of the fluidized bed gasifier (5) of the fuel supply pipe (4) at the initial operation Blocking occurs, which causes the screw drive motor 3 to stop rotating, which may cause a failure of the device.
  • the prior art has a water jacket (21) for preventing fuel sticking in a gasification system including a conveyor belt (11, 12), a gasification reactor (2), a cyclone (13), so that ash collection can be easily recovered.
  • the rotary stocker 40 and the ash collecting part 30 formed with the ash discharge port 31, the coolant inlets 25 and 35, and the discharge ports 26 and 36 are provided so that biomass resources of various sizes can be used as raw materials. Technology.
  • the prior art has a limitation that does not provide a means for solving the above-mentioned bridge phenomenon, the entanglement of vinyl, and the clogged phenomenon of the flow of sand in the fuel supply pipe insert.
  • the present invention is to improve the problems of the prior art, the bridge phenomenon that the raw material is circulated around the screw so that the fuel can be smoothly supplied to the fluidized bed gasifier, the internal phenomenon of the fuel supply pipe according to the shape of the lower fuel and the fuel It is an object of the present invention to provide a means and method for eliminating the flow sand clogging caused by the feed pipe insert.
  • a fluidized bed gasifier according to the present invention for achieving the above object is a fluidized bed gasifier is formed with an air inlet in the lower portion and a built-in fluidizer;
  • Fuel bunker in which the solid fuel injected into the fluidized bed gasifier is stored, a first compressed air tank connected to the fuel bunker, a pressure control valve installed between the fuel bunker and the first compressed air tank, a pressure gauge installed in the fuel bunker, particles
  • a fuel storage and injection unit comprising a measurement sensor
  • the angle formed by the air injection pipe meets the fuel supply pipe is formed by forming a constant angle between the air running direction is perpendicular to the fuel running direction and the air running direction is parallel angle in the same direction as the fuel running direction The direction is close to the fuel running direction, so that smooth fuel running is possible.
  • a control unit for automatically controlling the pressure regulating valve according to the received signal value of the particle measurement sensor may be automated to inject compressed air for smooth fuel supply.
  • the screw driving motor is provided with a load measuring device, and the control unit receives the load measuring value of the load measuring device and automatically controls the air injection valve according to the load measuring value, thereby automating the injection process of the compressed air. It can be made in the first compressed air tank connected to the fuel bunker as well as the second compressed air tank connected to the fuel supply pipe.
  • the fluidized bed gasifier fuel supply method includes a fluidized bed gasifier in which an air inlet is formed at a lower portion thereof, and a fluidized yarn is built in, a fuel bunker in which solid fuel injected into the fluidized bed gasifier is stored, and a first fuel connected to the fuel bunker.
  • a fuel storage and injection unit consisting of a compressed air tank, a pressure control valve installed between the fuel bunker and the first compressed air tank, a pressure gauge installed in the fuel bunker, a particle measurement sensor, and connecting the fluidized bed gasifier and the fuel bunker to each other.
  • Fuel supply pipe fuel delivery screw embedded in the fuel supply pipe, screw drive motor, air injection pipe branched at one or more places along the length direction of the fuel supply pipe, second compressed air tank connected to the fuel supply pipe by the air injection pipe, air Fluidized bed gasifier fuel supply device including a fuel delivery unit consisting of an air injection valve installed in the injection pipe
  • a fluidized bed gasifier fuel supply method comprising: a first step of monitoring a signal of fuel emptying around a screw by checking a signal of a particle measurement sensor between the fuel bunker and a fuel supply device; and a particle measurement sensor in a first step In the case where the fuel is empty around the screw because there is no supply, the second step of injecting the compressed air in the first compressed air tank into the fuel bunker while changing the pressure by the pressure control valve.
  • the angle formed by the air injection pipe meets the fuel supply pipe is connected to the air injection direction by a constant angle between the angle perpendicular to the fuel flow direction and the air travel direction parallel angle in the same direction as the fuel flow direction.
  • the injection direction of the compressed air by the pipe is as close as possible to the fuel supply direction, so that a smoother fuel supply can be achieved.
  • a control unit for receiving the signal of the particle measuring sensor and automatically controlling the pressure adjusting valve according to the measuring signal is further provided.
  • the control unit automatically adjusts the pressure adjusting valve. This can be done automatically.
  • the present invention has the following effects.
  • a solid resource in the form of a fluoride is also forcibly injected into the fuel supply pipe to enable smooth fuel supply.
  • clogging of the fuel supply pipe insert by the flow yarn generated at the beginning of operation may be eliminated by injecting compressed air into the fuel supply pipe as well.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a conventional fluidized bed gasifier fuel supply device
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a basic embodiment of a fluidized bed gasifier according to the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an embodiment in which a control unit is added in a fluidized bed gasifier according to the present invention
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a plurality of air injection pipes, air injection valves, and an auxiliary control unit in the fluidized bed gasifier according to the present invention
  • FIG. 6 is a front sectional view showing an angle formed by the air injection pipe with the fuel supply pipe
  • first compressed air tank 13 and the second compressed air tank 32 are connected will be described.
  • first compressed air tank 13 and the second compressed air tank An embodiment in which air in 32 is automatically injected when necessary is described.
  • the fluidized bed gasifier according to the present invention in the basic embodiment includes a fluidized bed gasifier 5 in which an air inlet (not shown) is formed in the lower part and a fluidized yarn 7 is embedded therein, and a fluidized bed gas.
  • a fuel bunker 11 in which the solid fuel 6 injected into the firearm 5 is stored, a first compressed air tank 13 connected to the fuel bunker 11, a fuel bunker 11 and a first compressed air tank (
  • a fuel storage and injection unit (10) comprising a pressure control valve (14) interposed between the 13), a pressure gauge (12) installed at the fuel bunker (11), and a pressure measuring sensor (17);
  • the air injection pipe 34 connected to the fuel supply pipe 31 by the air injection pipe 34, the air injection pipe 34 is branched at one or more places along the longitudinal direction of the
  • the air injection valve 33 which is installed consists of a fuel delivery section (30).
  • the fuel bunker 11 preferably has a solid fuel 6 stored therein.
  • the location of the fuel bunker 11 is preferably fuel so that the solid fuel 6 can be supplied to the fuel supply pipe 31 by gravity. It is disposed above the supply pipe 31.
  • the fuel bunker since the solid fuel 6 in the fuel bunker 11 can be supplied with the solid fuel 6 by injecting the compressed air in the first compressed air tank 13 into the fuel bunker 11, the fuel bunker is necessarily a fuel bunker. It is not necessary that 11 be disposed above the fuel supply pipe 31.
  • the fuel supply pipe 31 is a tube extending in the longitudinal direction, one end of which is inserted into the fluidized bed gasifier 5, and the other end of which is connected to the screw driving motor 35.
  • the fuel supply pipe 31 does not necessarily have to be in the horizontal direction as shown in FIG. 3, and may be installed to be inclined so that the height is gradually lowered in the fuel running direction for ease of fuel supply.
  • the fluff solid fuel 6 inside the fuel bunker 11 has a low density and fuel emptying around the screw described above due to cohesion and viscosity between raw materials.
  • the first compressed air tank 13 The compressed air inside is injected into the fuel bunker 11.
  • the phenomenon of the fuel around the screw can be confirmed by sensing the presence of fuel supply and if the fuel supply does not occur, the pressure control valve 14 connecting the first compressed air tank 13 and the fuel bunker 11 By adjusting the pressure gradient in the fuel bunker, it is desirable to immediately solve the phenomenon of the fuel around the screw so that the raw material can be smoothly supplied.
  • This process may be automatically performed by the controller 50 to be described later.
  • the controller 50 will be described later.
  • the air injection pipe 34 may be one as in FIG. 3 or several as in FIG. Between the second compressed air tank 32, which is connected to the air injection pipe 34 at one portion of the fuel supply pipe 31, and the fuel supply pipe 31 and the second compressed air tank 32, that is, the air injection An air injection valve 33 installed in the pipe 34 may be further included to block the phenomenon by directly injecting compressed air into the fuel supply pipe 31 when a blockage occurs in the fuel supply pipe 31.
  • the blockage phenomenon inside the fuel supply pipe 31 may be largely divided into a blockage phenomenon according to the shape of the solid fuel 6 and a blockage phenomenon of the flow yarn 7 generated at the fuel supply pipe inserting portion 8.
  • fuel supplied from the fuel bunker may be mixed with materials such as fluoride-type vinyls.
  • the vinyl material may be caught between the screw inside the fuel supply pipe 31 and the inner wall of the fuel supply pipe 31 so that the screw may be stopped or the supply of fuel may be stagnant. Substances such as vinyl, which cannot be moved alone, can be pushed into the compressed air and moved to the fluidized bed gasifier 5.
  • the air injection pipes (34-1, 2, 3, 4, 5) and the air injection valves (3-1, 2, 3) connecting the fuel supply pipe (31) and the second compressed air tank (32) to each other If the air injection pipe 31 is connected to two or more places along the longitudinal direction of the fuel supply pipe 31 by installing a plurality of, 4,5, respectively, the air injection pipe is located closest to the site where air injection is most needed. By injecting air into (31), clogging of solid fuel by air injection can occur more effectively. As shown in FIG. 5, a plurality of air injection pipes 34-1, 2, 3, 4, and 5 are connected from one second compressed air tank 32 to different portions of the fuel supply pipe 31. Air injection can be installed to enable.
  • each air injection pipe (34-1, 2, 3, 4, 5) is provided with an air injection valve (33-1, 2, 3, 4, 5) can be adjusted to the air injection and air blocking.
  • the air injection pipes 34-1, 2, 3, 4, 5 are fuel supply pipes 31. It is preferable that the angle formed while meeting with is a constant angle between an angle in which the air traveling direction is perpendicular to the fuel traveling direction and an angle in which the air traveling direction is parallel to the same direction as the fuel traveling direction.
  • the air injection direction of the air injection pipes 34-1, 2, 3, 4, 5 and the fuel supply pipe 31 are not perpendicular to each other. If the angle in the supply pipe 31 can be almost parallel to the direction in which the fuel is to proceed, it will be possible to supply the fuel much smoother when the same pressure and the amount of air is injected.
  • FIG. 6 shows a preferred embodiment of the angle at which the fuel supply pipe 31 and the air injection pipes 34-1, 2, 3, 4 and 5 meet each other.
  • the next possible preferred embodiment is the first compressed air tank 13 or automatically according to the measurement of the pressure gauge 12 in the fuel bunker 11 or the load of the drive motor 35 as shown in FIGS. 4 and 5.
  • compressed air in the second compressed air tank 32 is injected into the fuel bunker 11 or the fuel supply pipe 31.
  • the fuel around the screw is emptied by the pressure gradient formed in the fuel bunker by adjusting the pressure control valve 14 connecting the first compressed air tank 13 and the fuel bunker 11 by checking the fuel supply presence.
  • control unit 50 for automatically controlling the pressure regulating valve 14 in accordance with the signal of the particle measurement sensor is preferably further included, as shown in Figs. 4 and 5 screw drive motor 35
  • the motor load measuring device 36 is provided, and the control unit 50 receives the load measuring value of the motor load measuring device 36, and the air injection valves 33, 33-1, 2, 3, 4, 5) can be controlled automatically.
  • an auxiliary control unit for giving control commands to the air injection valves 33, 33-1, 2, 3, 4 and 5 for smooth automatic control of the air injection valves 33, 33-1, 2, 3, 4 and 5. 51 may be further provided.
  • the air injection pipe (34, 34-1, 2, 3, 4, 5 connected to several places along the longitudinal direction of the fuel supply pipe 31, the air injection pipe (34, 34-1,2,3,4,5) can be opened for air injection.
  • the most necessary part of the air injection may be determined by the degree of the load applied to the drive motor 35, but in this case, the most necessary part of the air injection may be a site where an internal jam of the fuel supply pipe 31 is generated, and thus an internal opening may be necessary. have.
  • the fuel easily susceptible to the screw can be safely transferred to the gasifier by sequentially injecting air in sequence. That is, when there is a fuel that can be transferred only by air injection, the air is transferred to the inside of the gasifier by injecting air stepwise from the leftmost air injection pipe 34-1 to the rightmost air injection pipe 34-5 in FIG. This would be possible.
  • the fluidized bed gasifier apparatus according to the present invention has been described above.
  • the fluidized bed gasifier fuel supply method according to the present invention is overlapping with all of the above description, and will be replaced by the above description.
  • control unit 51 auxiliary control unit

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

본 발명은 하부에 공기유입구가 형성되고 유동사가 내장되는 유동층 가스화기와, 상기 유동층 가스화기에 투입되는 고형 연료가 저장되는 연료벙커, 연료벙커에 연결되는 제1압축공기탱크, 연료벙커와 제1압축공기탱크 사이에 설치되는 압력조절밸브, 연료벙커에 설치되는 압력계, 입자측정센서로 이루어지는 연료저장 및 주입부와, 상기 유동층 가스화기와 연료벙커를 서로 연결시키는 연료공급관, 연료공급관에 내장되는 연료전달 스크루, 스크루 구동 모터, 연료공급관의 길이방향을 따라 1군데 이상에서 분기되는 공기주입관, 공기주입관에 의하여 연료공급관과 연결되는 제2압축공기탱크, 공기주입관에 설치되는 공기주입밸브, 로 이루어지는 연료전달부를 포함하며 이루어져, fluff 형태의 고형자원도 강제로 연료공급관으로 주입되어 원활한 연료 공급이 가능하고, 연료공급관에도 압축공기를 주입시킴으로써 비닐류나 큰 입자의 고형원료를 사용하더라도 스크루 낌 현상이 최대한 억제되며, 운전초기에 발생되는 유동사에 의한 연료공급관 삽입부의 막힘 현상이 해소될 수 있 유동층 가스화 장치 및 상기 유동층 가스화 장치를 이용한 유동층 가스화 장치 연료공급방법을 제공하고자 한다.

Description

유동층 가스화 장치 및 연료공급방법
본 발명은 유동층 가스화 장치 및 연료공급방법에 관한 것으로, 특히 연료가 일정한 압력으로 안정되게 공급되는 유동층 가스화 장치 및 연료공급방법에 관한 것이다.
석탄 가스화(Coal Gasification) 공정이란 석탄을 가스화기에 주입하여 불완전 연소시켜 CO와 H2를 주성분으로 하는 합성가스 (Syngas)를 제조한 후, 가스정제 공정을 거쳐서 COS, H2S 등의 황화합물을 제거하고, 합성-발전 공정을 이용하여 합성천연가스 (Synthetic Natural Gas, SNG), 합성석유(Coal to Liquid, CTL), 화학제품 및 전력을 생산하는 공정이다.
가스화 공정은 사용되는 원료에 석탄 외에도 중질잔사유나 바이오매스 또는 폐기물 등 저급원료로도 포함될 수 있고, 기존 석탄화력발전 등에 사용되는 연소 보일러의 반응과 달리 유해한 배기가스인 황산화가스, 질산가스, 이산화탄소의 배출이 억제되므로 친환경적인 공정이며, 석유 및 천연가스 자원 부족 문제가 풍부한 석탄 매장량에 의한 가스화 공정으로 일정정도 대체될 수 있어 에너지원 부족 및 에너지원의 안보 문제를 해결해줄 수 있는 기술로 각광받고 있으며 그 활용을 위한 활발한 연구가 진행중이다.
가스화기에는 고정층 가스화기(Fixed Bed Gasifier)와 유동층 가스화기(Fluidized Bed Gasifier) 및 분류층 가스화기(Entrained Flow Gasifier)등이 있다.
유동층 가스화기(Fluidized bed Gasifier)는 다른 방식의 가스화기에 비하여 가스화 원료가 건식으로 측면에서 공급되고, 증기 또는 산소가 유동화 운전범위에 해당되는 속도로 가스화기의 아래쪽으로 공급되어 균일한 온도분포를 얻을 수 있고 반응속도가 빠르며 고온에서 운전되므로 타르나 페놀 등의 부산물이 분해될 수 있는 장점이 있다.
다만 온도가 너무 높으면 회가 녹아 끈적하게 되어 유동층을 못 이루므로 운전온도는 석탄회의 용융점 이하로 유지되어야 하고, 원료의 짧은 체류시간으로 인하여 미반응 원료가 회분과 함께 반응기에서 유출될 가능성이 있는 단점이 있다.
특히 유동층 가스화기에서는 공급되는 Fluff-type 원료는 밀도가 낮아 가라앉지 않고 부유되는 특징이 있어서, 원료를 가스화기에 전달시키는 원료공급벙커의 내부 스크루 주변에 연료가 비게 되는 브릿징 현상이 발생될 수 있다.
도 1에는 종래의 유동층 가스화기 연료공급장치의 구성이 간략하게 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 유동층 가스화기 연료공급장치에는 연료벙커(1) 내부에서 고형연료(6)를 연료공급관(4) 쪽으로 강제 송출시키는 수단이 결여되어 Fluff 형태의 고형연료(6)가 낮은 밀도로 인하여 연료공급관(4) 내로 원활하게 공급되지 못함으로 인하여 발생되는 브릿징 현상이 발생된다. 브릿징 현상은 고형 연료(6)가 스크루 쪽으로 공급되지 못하여 연료공급관(4) 내의 스크루 주위에 연료가 비게 되는 현상이다.
또한 연료벙커(1) 내의 고형연료(6) 중에는 저급연료인 폐기물이 함께 함유되는데 그 중에서 특히 비닐류는 스크루 사이에 스크루와 연료공급관(4)의 내벽 사이에 꽉 끼게 되어 유동층 가스화기로 공급되지 못하는 현상이 발생될 수 있다.
한편, 유동층 가스화기 내부에서 연료와 공기와의 원활한 접촉을 도와주는 유동사(7)가 초기 운전시에 연료공급관(4)의 유동층 가스화기(5) 쪽 끝단인 연료공급관 삽입부(8)를 막게 되는 현상이 발생되는데 이로 인하여 스크루 구동 모터(3)의 회전이 정지되어 기기 고장의 원인이 될 수 있다.
현재로서는 이러한 문제를 해결 해 줄 수 있는 수단이 아직 없어 잦은 가동중단과 유지보수에 과도한 노력과 시간이 소요되는 실정이다.
유동층 가스화기에 원료를 원활하게 공급시키기 위한 구체적인 종래기술로서 도 2에 도시된 등록특허공보 제10-0896933호(등록일자: 2009. 05. 01)에 개시된 ‘목질계 바이오매스 자원을 이용하는 회전식 스토커 가스화반응기를 구비한 가스화시스템’을 들 수 있다.
상기 종래기술은 콘베어밸트(11,12), 가스화반응기(2), 사이클론(13)을 포함하는 가스화시스템에서 연료의 늘어붙음을 방지하기 위한 워터재킷(21)과, 회재의 회수가 용이하게 되도록 회전식스토커(40) 및 회재배출구(31)가 형성된 회재포집부(30)와, 냉각수 유입구(25,35) 및 배출구(26,36)가 구비되어 다양한 크기의 바이오매스 자원이 원료로 사용될 수 있는 기술이다.
다만, 상기 종래기술에는 앞서 언급된 브릿지 현상과 비닐류의 낌 현상 및 연료공급관 삽입부에의 유동사 막힘 현상을 해소시켜줄 수 있는 수단에 대한 제시가 되어있지 않는 한계가 있다.
[선행기술문헌]
등록특허공보 제10-0896933호(등록일자: 2009. 05. 01)
이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 유동층 가스화기에 연료가 원활히 공급될 수 있도록 스크루 주변에 원료가 비는 브릿지 현상과, 저급 연료의 형상에 따른 연료공급관 내부 낌 현상 및 연료공급관 삽입부에 발생되는 유동사 막힘 현상을 해소시킬 수 있는 수단 및 방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유동층 가스화 장치는, 하부에 공기유입구가 형성되고 유동사가 내장되는 유동층 가스화기와;
상기 유동층 가스화기에 투입되는 고형 연료가 저장되는 연료벙커, 연료벙커에 연결되는 제1압축공기탱크, 연료벙커와 제1압축공기탱크 사이에 설치되는 압력조절밸브, 연료벙커에 설치되는 압력계, 입자측정센서로 이루어지는 연료저장 및 주입부와;
상기 유동층 가스화기와 연료벙커를 서로 연결시키는 연료공급관, 연료공급관에 내장되는 연료전달 스크루, 스크루 구동 모터, 연료공급관의 길이방향을 따라 1군데 이상에서 분기되는 공기주입관, 공기주입관에 의하여 연료공급관과 연결되는 제2압축공기탱크, 공기주입관에 설치되는 공기주입밸브, 로 이루어지는 연료전달부;를 포함하며 이루어진다.
이때 상기 공기주입관이 연료공급관과 만나면서 이루는 각도는 공기 진행방향이 연료 진행방향에 대하여 수직인 각도와 공기 진행방향이 연료 진행방향과 같은 방향으로 평행한 각도 사이의 일정한 각도가 되도록 형성시킴으로써 공기주입방향이 연료진행방향에 근접되어 원활한 연료진행이 가능하게 된다.
그리고 상기 입자측정센서의 수신된 신호값에 따라 상기 압력조절밸브를 자동으로 제어하는 제어부가 더 포함됨으로써 원활한 연료공급을 위한 압축공기의 주입과정이 자동화 될 수 있다.
이때 더욱 바람직하게는 상기 스크루 구동 모터에는 부하 측정기가 구비되고, 상기 제어부는 부하 측정기의 부하 측정값을 수신하여 부하 측정값에 따라 상기 공기주입 밸브를 자동으로 제어하게 됨으로써 압축공기의 주입과정의 자동화가 연료벙커와 연결되는 제1압축공기탱크 뿐만 아니라 연료공급관과 연결되는 제2압축공기탱크에서도 이루어질 수 있다.
한편 본 발명에 의한 유동층 가스화기 연료공급방법은, 하부에 공기유입구가 형성되고 유동사가 내장되는 유동층 가스화기와, 상기 유동층 가스화기에 투입되는 고형 연료가 저장되는 연료벙커, 연료벙커에 연결되는 제1압축공기탱크, 연료벙커와 제1압축공기탱크 사이에 설치되는 압력조절밸브, 연료벙커에 설치되는 압력계, 입자측정센서, 로 이루어지는 연료저장 및 주입부와, 상기 유동층 가스화기와 연료벙커를 서로 연결시키는 연료공급관, 연료공급관에 내장되는 연료전달 스크루, 스크루 구동 모터, 연료공급관의 길이방향을 따라 1군데 이상에서 분기되는 공기주입관, 공기주입관에 의하여 연료공급관과 연결되는 제2압축공기탱크, 공기주입관에 설치되는 공기주입밸브, 로 이루어지는 연료전달부를 포함하는 유동층 가스화기 연료공급장치를 이용하는 유동층 가스화기 연료공급방법으로서, 상기 연료벙커과 연료공급기 사이의 입자측정센서의 신호를 체크하여, 스크류 주변에 연료가 비는 현상 발생 여부를 감시하는 제1단계와, 제1단계에서 입자측정센서에서 공급이 없어 스크류 주변에 연료가 비는 현상이 발생될 경우 상기 압력조절밸브로 압력을 변화 시키면서 제1압축공기탱크 내의 압축공기를 연료벙커 내부로 주입시키는 제2단계를 포함하여 수행된다.
이때 상기 공기주입관이 연료공급관과 만나면서 이루는 각도는 공기 진행방향이 연료 진행방향에 대하여 수직인 각도와 공기 진행방향이 연료 진행방향과 같은 방향으로 평행한 각도 사이의 일정한 각도가 되도록 연결시킴으로써 공기주입관에 의한 압축공기의 주입 방향이 최대한 연료 공급 방향과 근접되어 더욱 원활한 연료 공급이 도모될 수 있다.
한편 상기 입자 측정센서의 신호를 수신하여 측정 신호에 따라 상기 압력조절밸브를 자동으로 제어하는 제어부가 더 구비되어, 입자 측정센서의 신호에서 연료공급이 없으면 제어부가 자동으로 압력조절밸브를 조절하는 과정이 자동으로 수행될 수 있다.
본 발명에는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 연료벙커 내부에 압축공기를 주입하여 전체 압력을 높임으로써 Fluff 형태의 고형자원도 강제로 연료공급관으로 주입되어 원활한 연료 공급이 가능하게 된다.
둘째, 연료공급관에도 압축공기를 주입시킴으로써 비닐류나 큰 입자의 고형원료를 사용하더라도 스크루 낌 현상이 최대한 억제될 수 있다.
셋째, 연료공급관에도 압축공기를 주입시킴으로써 운전초기에 발생되는 유동사에 의한 연료공급관 삽입부의 막힘 현상이 해소될 수 있다.
넷째, 연료벙커 및 연료공급라인에의 압축공기 주입 필요성 탐지와 압축공기 주입 과정을 모두 자동화시킴으로써, 원활한 연료공급이 전자동화 시스템으로 이뤄져 연료공급의 감시를 위한 인력과 시간 등의 비용이 현저하게 절감될 수 있다.
도 1은 종래의 유동층 가스화기 연료공급장치를 나타내는 개념도,
도 2는 구체적인 종래기술을 나타내는 개념도,
도 3은 본 발명에 의한 유동층 가스화 장치의 기본 실시예를 나타내는 개념도,
도 4는 본 발명에 의한 유동층 가스화 장치에서 제어부가 추가된 실시예를 나타내는 개념도,
도 5는 본 발명에 의한 유동층 가스화 장치에서 복수개의 공기주입관 및 공기주입밸브와 보조 제어부를 나타내는 개념도,
도 6은 공기주입관이 연료공급관과 이루는 각도를 나타내는 정단면도,
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
먼저 제1압축공기탱크(13)와 제2압축공기탱크(32)가 연결되는 본 발명의 기본 실시예에 대하여 살펴본 다음, 제어부에 의하여 제1압축공기탱크(13) 및 제2압축공기탱크(32)의 공기가 필요할 때 자동으로 주입되는 실시예를 설명하기로 한다.
그리고 본 발명에 의한 유동층 가스화기 연료공급방법은 유동층 가스화기 연료공급장치에 관한 설명과 거의 중복되므로 마지막으로 간략하게 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 기본 실시예에서의 본 발명에 의한 유동층 가스화 장치는, 하부에 공기유입구(미도시)가 형성되고 유동사(7)가 내장되는 유동층 가스화기(5)와, 유동층 가스화기(5)에 투입되는 고형 연료(6)가 저장되는 연료벙커(11), 연료벙커(11)에 연결되는 제1압축공기탱크(13), 연료벙커(11)와 제1압축공기탱크(13) 사이에 설치되는 압력조절밸브(14), 연료벙커(11)에 설치되는 압력계(12), 압력측정센서(17)로 이루어지는 연료저장 및 주입부(10)와;
유동층 가스화기(5)와 연료벙커(11)를 서로 연결시키는 연료공급관(31), 연료공급관(31)에 내장되는 연료전달 스크루(미도시), 스크루 구동 모터(35), 연료공급관(31)의 길이방향을 따라 1군데 이상에서 분기되는 공기주입관(34), 공기주입관(34)에 의하여 연료공급관(31)과 연결되는 제2압축공기탱크(32), 공기주입관(34)에 설치되는 공기주입밸브(33), 로 이루어지는 연료전달부(30)로 이루어진다.
여기서 연료벙커(11) 내부에는 고형연료(6)가 저장되며 일반적으로는 고형연료(6)가 중력에 의하여 연료공급관(31)으로 공급될 수 있도록 연료벙커(11)의 위치는 바람직하게는 연료공급관(31)의 상부에 배치된다. 다만, 본 발명에서는 연료 벙커(11) 내의 고형 연료(6)는 제1압축공기탱크(13) 내의 압축공기를 연료벙커(11)에 주입시킴으로써 고형 연료(6)의 공급이 가능하므로 반드시 연료벙커(11)가 연료공급관(31)의 상부에 배치될 필요는 없다.
연료공급관(31)은 길이방향으로 길게 형성되는 관으로, 일단은 유동층 가스화기(5)에 삽입되며, 타단은 스크루 구동 모터(35)가 연결된다. 연료공급관(31)은 반드시 도 3에서와 같이 수평방향일 필요는 없으며, 연료 공급의 용이함을 위하여 연료 진행방향으로 높이가 점점 낮아지도록 경사를 이루게 설치될 수도 있다.
연료 벙커(11) 내부의 fluff 고형 연료(6)는 밀도가 낮고 원료사이의 응집성 및 점성에 의하여 앞서 설명된 스크루 주변에 연료가 비는 현상이 발생되는데 이 경우에 제1압축공기탱크(13) 내의 압축공기를 연료 벙커(11)로 주입시킨다.
이때 스크루 주변의 연료가 비는 현상은 연료공급 유무를 sensing 하면서 확인할 수 있으며 연료공급이 발생하지 않을 경우 제1압축공기탱크(13)와 연료벙커(11)를 연결시키는 압력조절밸브(14)를 조절하여 연료벙커 내 압력 구배를 형성하여 스크루 주변의 연료가 비는 현상을 즉각적으로 해결하여원료가 원활하게 공급될 수 있도록 함이 바람직하다.
연료공급 유무를 입자측정센서(17)로 확인하여하여 제1압축공기탱크(13)와 연료벙커(11)를 연결시키는 압력조절밸브(14)를 조절함으로써 연료벙커 내 형성된 압력 구배로 스크루 주변의 연료가 비는 현상을 해결하여 원료가 원활하게 공급될 수 있도록 할 수 있다.
이 과정은 후술할 제어부(50)에 의하여 자동으로 수행될 수 있다. 제어부(50)에 대해서는 나중에 다시 살펴보기로 한다.
기본 실시예에서 공기주입관(34)은 도 3에서처럼 하나일 수도 있고 도 5에서처럼 여러개일 수도 있다. 연료공급관(31)의 일 부위에 공기주입관(34)으로 연결되는 제2압축공기탱크(32)와, 연료공급관(31)과 제2제1압축공기탱크(32) 사이에, 즉 공기주입관(34)에 설치되는 공기주입 밸브(33)가 더 포함되어 연료공급관(31) 내부에서 막힘 현상이 발생될 때 압축공기를 연료공급관(31)으로 직접 주입시켜 막힘 현상이 제거될 수 있다.
연료공급관(31) 내부의 막힘 현상은 크게 고형연료(6)의 형태에 따른 막힘 현상과 연료공급관 삽입부(8)에서 발생되는 유동사(7)의 막힘 현상으로 나뉠 수 있다.
가스화기에 의한 연소과정에서 사용되는 원료에는 폐기물이나 바이오매스 등의 저급연료도 있으므로 연료벙커에서 공급되는 연료에는 Fluff 형태 비닐류 등의 물질이 섞여있을 수 있다. 이때 특히 비닐류의 물질이 연료공급관(31) 내부의 스크루와 연료공급관(31) 내벽 사이에 끼여서 스크루가 정지되거나 연료의 공급이 정체될 수 있는데, 여기에 압축공기를 주입시키면서 스크루를 함께 구동시키면 스크루만으로는 이동되지 못하는 비닐류와 같은 물질이 압축공기에 떠밀려 유동층 가스화기(5) 쪽으로 이동될 수 있다.
이때 바람직하게는 연료공급관(31)과 제2압축공기탱크(32)를 서로 연결시키는 공기주입관(34-1,2,3,4,5)과 공기주입 밸브(3-1,2,3,4,5)를 각각 복수개로 설치하여 연료공급관(31)의 길이 방향을 따라 두 군데 이상의 부위에 공기주입관(31)이 연결되면 공기주입이 가장 필요한 부위에 제일 근접하게 위치하는 공기주입관(31)으로 공기를 주입시켜서 공기주입에 의한 고형연료의 막힘 제거가 더욱 효과적으로 일어날 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 하나의 제2압축공기탱크(32)로부터 복수개의 공기주입관(34-1,2,3,4,5)이 연결되어 연료공급관(31)의 각각 서로 다른 부위에 공기주입이 가능하게 설치될 수 있다.
이때 각각의 공기주입관(34-1,2,3,4,5) 마다 공기주입밸브(33-1,2,3,4,5)가 마련되어 공기주입과 공기차단이 조절될 수 있다.
그리고 공기주입관(34-1,2,3,4,5)을 복수개로 설치하는 것과 아울러 특히 바람직하게는 공기주입관(34-1,2,3,4,5)이 연료공급관(31)과 만나면서 이루는 각도는 공기 진행방향이 연료 진행방향에 대하여 수직인 각도와 공기 진행방향이 연료 진행방향과 같은 방향으로 평행한 각도 사이의 일정한 각도가 됨이 바람직하다.
즉 공기주입관(34-1,2,3,4,5)과 연료공급관(31)이 수직으로 만나기보다는 공기주입관(34-1,2,3,4,5)의 공기주입방향이 연료공급관(31) 내에서 연료가 진행되어야 하는 방향과 서로 거의 평행을 이룰 수 있는 각도가 되면 같은 압력과 양의 공기를 주입시킬 경우에 훨씬 원활한 연료 공급이 가능하게 될 것이다.
도 6에는 이와 같이 연료공급관(31)과 공기주입관(34-1,2,3,4,5)이 서로 만나는 각도의 바람직한 실시예가 도시되어 있다.
다음으로 가능한 바람직한 실시예는 도 4 및 도 5에 도시된 바처럼 연료벙커(11) 내의 압력계(12)의 측정치 또는 구동 모터(35)의 부하에 따라 자동적으로 제1압축공기탱크(13) 또는 제2압축공기탱크(32) 내의 압축공기가 연료벙커(11) 또는 연료공급관(31)의 내부로 주입이 이루어지는 실시예이다.
연료공급 유무를 입자측정센서로 확인하여 제1압축공기탱크(13)와 연료벙커(11)를 연결시키는 압력조절밸브(14)를 조절함으로써 연료벙커 내 형성된 압력 구배로 스크루 주변의 연료가 비는 현상을 해결하여 원료가 원활하게 공급될 수 있수 있어서 종래의 문제점은 거의 완전하게 해결될 수 있을 것이다.
또한 연료공급관(31)으로 압축공기를 주입시키는 경우에도 연료공급관(31) 내부에 이미 연료공급이 정체되는 현상이 발생한 이후에 공기를 주입시키기 보다는 구동 모터(35)에 걸리는 부하가 상승되기 시작되는 시점에 공기를 주입시키게 되면 구동 모터(35)의 손상도 사전에 방지될 수 있고 원료의 공급도 훨씬 원활하게 이루어질 수 있을 것이다.
따라서 바람직하게는 입자측정센서의 신호에 따라 압력조절밸브(14)를 자동으로 제어하는 제어부(50)가 더 포함되는 것이 바람직하며, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 스크루 구동 모터(35)에는 모터 부하 측정기(36)가 구비되고, 제어부(50)는 모터 부하 측정기(36)의 부하 측정값을 수신하여 부하 측정값에 따라 공기주입 밸브(33,33-1,2,3,4,5)가 자동으로 제어될 수 있다.
그리고 공기주입 밸브(33,33-1,2,3,4,5)의 원활한 자동제어를 위하여 공기주입 밸브(33,33-1,2,3,4,5)에 제어명령을 내리는 보조 제어부(51)가 더 구비될 수 있다.
그리고 연료공급관(31)의 길이방향을 따라 여러군데에 연결되는 공기주입관(34,34-1,2,3,4,5)을 이용하여 공기주입이 가장 필요한 부위의 공기주입관(34,34-1,2,3,4,5)을 개방시켜 공기주입을 시킬 수 있다. 공기주입이 가장 필요한 부위는 구동 모터(35)에 걸리는 부하의 정도로 판별될 수도 있지만 이 경우 공기주입이 가장 필요한 부위는 연료공급관(31)의 내부 걸림이 발생된 부위일 것이므로 내부의 개방이 필요할 수도 있다.
다만, 이 경우에도 공기주입을 단계적으로 차례로 시킴으로써 스크루에 걸리기 쉬운 연료도 가스화기 까지 무난하게 이송시킬 수 있다. 즉, 공기주입에 의해서만 이송 가능한 연료가 있을 경우 도 5에서 가장 좌측의 공기주입관(34-1)부터 가장 우측의 공기주입관(34-5)까지 단계적으로 공기를 주입시킴으로써 가스화기 내부까지 이송이 가능한 것이다.
이상으로 본 발명에 의한 유동층 가스화기 장치에 관하여 살펴보았다. 본 발명에 의한 유동층 가스화 장치 연료공급방법은 앞서 설명된 내용과 모두 중복되는 내용이므로 앞의 설명으로 대신하기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
[부호의 설명]
1: 연료벙커 2: 연료공급밸브
3: 스크루 구동 모터 4: 연료공급관
5: 유동층 가스화기 6: 고형연료
7: 유동사 8: 연료공급관 삽입부
10: 연료저장 및 주입부 11: 연료벙커
12: 압력계 13: 제1압축공기탱크
14: 압력조절밸브 17: 입자측정센서
30: 연료전달부 31: 연료공급관
32: 제2압축공기탱크
33,33-1,2,3,4,5: 공기주입밸브 34,34-1,2,3,4,5: 공기주입관
35: 구동 모터 36: 모터 부하 측정기
50: 제어부 51: 보조 제어부

Claims (7)

  1. 하부에 공기유입구가 형성되고 유동사가 내장되는 유동층 가스화기와;
    상기 유동층 가스화기에 투입되는 고형 연료가 저장되는 연료벙커, 연료벙커에 연결되는 제1제1압축공기탱크, 연료벙커와 제1압축공기탱크 사이에 설치되는 압력조절밸브, 연료벙커에 설치되는 압력계, 입자측정센서로 이루어지는 연료저장 및 주입부와;
    상기 유동층 가스화기와 연료벙커를 서로 연결시키는 연료공급관, 연료공급관에 내장되는 연료전달 스크루, 스크루 구동 모터, 연료공급관의 길이방향을 따라 1군데 이상에서 분기되는 공기주입관, 공기주입관에 의하여 연료공급관과 연결되는 제2압축공기탱크, 공기주입관에 설치되는 공기주입밸브, 로 이루어지는 연료전달부;를 포함하는 유동층 가스화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기주입관이 연료공급관과 만나면서 이루는 각도는 공기 진행방향이 연료 진행방향에 대하여 수직인 각도와 공기 진행방향이 연료 진행방향과 같은 방향으로 평행한 각도 사이의 일정한 각도인 것을 특징으로 하는 유동층 가스화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입자측정센서의 신호를 수신하여 상기 신호에 따라 압력조절밸브를 자동으로 제어하는 제어부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유동층 가스화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스크루 구동 모터에는 부하 측정기가 구비되고,
    상기 제어부는 부하 측정기의 부하 측정값을 수신하여 부하 측정값에 따라 상기 공기주입 밸브를 자동으로 제어하는 것을 특징으로 하는 유동층 가스화 장치.
  5. 유동층 가스화기와, 상기 유동층 가스화기에 투입되는 고형 연료가 저장되는 연료벙커, 연료벙커에 연결되는 제1압축공기탱크, 연료벙커와 제1압축공기탱크 사이에 설치되는 압력조절밸브, 연료벙커에 설치되는 압력계, 입자측정센서로 이루어지는 연료저장 및 주입부와, 상기 유동층 가스화기와 연료벙커를 서로 연결시키는 연료공급관, 연료공급관에 내장되는 연료전달 스크루, 스크루 구동 모터, 연료공급관의 길이방향을 따라 1군데 이상에서 분기되는 공기주입관, 공기주입관에 의하여 연료공급관과 연결되는 제2압축공기탱크, 공기주입관에 설치되는 공기주입밸브, 로 이루어지는 연료전달부를 포함하는 유동층 가스화 장치를 이용하는 유동층 가스화 장치 연료공급방법으로서,
    상기 연료벙커 내의 압력을 압력계로 체크하고, 스크류 주변에 연료가 비는 현상 발생 여부를 감시하는 제1단계와;
    제1단계에서 입자측정센서의 연료공급신호가 없어 스크류 주변에 연료가 비는 현상이 발생될 경우 상기 압력조절밸브를 조절하여 제1압축공기탱크 내의 압축공기를 연료벙커 내부로 주입시키는 제2단계와;
    연료공급관 내부에 적체현상이 발생될 때 상기 공기주입 밸브를 개방하여 제2압축공기탱크 내의 압축공기를 연료공급관 내부로 주입시키는 제3단계;를 포함하되, 제3단계는 제1단계 또는 제2단계와 시간적 선후관계는 없는 것을 특징으로 하는 유동층 가스화 장치 연료공급방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공기주입관이 연료공급관과 만나면서 이루는 각도는 공기 진행방향이 연료 진행방향에 대하여 수직인 각도와 공기 진행방향이 연료 진행방향과 같은 방향으로 평행한 각도 사이의 일정한 각도인 것을 특징으로 하는 유동층 가스화 장치 연료공급방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 입자측정센서의 신호를 수신하여 측정값에 따라 상기 압력조절밸브를 자동으로 제어하는 제어부가 더 구비되어, 입자측정센서의 신호에서 연료공급이 없어지면 제어부가 자동으로 압력조절밸브를 개방하며, 압력계의 측정값이 허용치를 초과하여 일정 시간이 경과되면 제어부가 압력조절밸브를 자동으로 차단하는 것을 특징으로 하는 유동층 가스화 장치 연료공급방법.
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