WO2023176999A1 - 고체연료 재열증기 처리시스템 - Google Patents

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WO2023176999A1
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solid fuel
reheat steam
bio
reheat
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이영주
최영찬
송규섭
박세준
최종원
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한국에너지기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a solid fuel reheat steam processing system.
  • Thermal power plants using solid fuels such as coal burn approximately 180 tons/hr of coal per 500 MW, and supply approximately 37 tons of coal to the boiler per pulverizer.
  • the standard thermal power design standard for coal is designed to use 6,080 Kcal/Kg, low-moisture bituminous coal of 10% or less.
  • some thermal power plants use imported coal, and some of them have an average moisture content of more than 17%, which reduces the combustion efficiency of boilers.
  • the standard power combustion limit is 5,400 Kcal/Kg, so if the calorific value of the coal used is low, a decrease in power generation and an increase in fuel consumption are expected due to a decrease in combustion efficiency.
  • lignite a low-calorie coal with high moisture (more than 25% moisture)
  • the moisture content is higher than the design standard, so the transportation system for transporting the coal is not smooth, and when pulverizing the coal with a pulverizer, efficiency decreases and some incomplete combustion occurs. This may result in a decrease in combustion efficiency, drift in heat distribution within the boiler, or abnormal operation.
  • coal generates the most carbon dioxide among fossil fuels, so it is an uncompetitive energy source considering the global warming problem. Therefore, one of the current global issues as an energy source is the use and distribution of new and renewable energy, which can respond to global warming and climate change by reducing carbon dioxide emissions compared to existing fossil fuels such as oil and coal. Because it is an energy source.
  • IGCC cannot use existing coal-fired power generation facilities, requires enormous construction costs of approximately 1.3 trillion won per unit, and requires additional carbon capture and storage (CCS) facilities to process carbon dioxide. As it is a technology that must be installed, the economic burden is very large.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to impregnate or coat solid fuel with liquid components containing glucose and xylose and/or biofluid containing lignin and directly heat the solid fuel using high temperature reheat steam to produce solid fuel.
  • the aim is to provide a solid fuel reheat steam processing system that can improve quality and efficiently dry and heat treat solid fuel.
  • a pretreatment unit into which solid fuel is input and spraying bio-liquid onto the solid fuel to impregnate the solid fuel with the bio-liquid;
  • a heat treatment unit into which the solid fuel impregnated with the bio-liquid is input and heat-processes the solid fuel impregnated with the bio-liquid;
  • a reheat steam supply unit that supplies reheat steam to the heat treatment unit to directly heat the solid fuel input to the heat treatment unit;
  • a cooling unit into which the solid fuel heat-treated in the heat treatment unit is input and cools the solid fuel;
  • a solid fuel reheat vapor processing system including a cold heat supply unit that supplies cold heat to the cooling unit to cool the solid fuel input to the cooling unit.
  • the pretreatment unit includes a first body portion into which the solid fuel is input; a bio-liquid injection unit provided inside the first body unit and spraying the bio-liquid onto the solid fuel injected into the first main body unit; and a bio-liquid supply unit connected to the bio-liquid injection unit in communication and supplying the bio-liquid to the bio-liquid injection unit.
  • the bio-liquid injection unit may include at least one bio-liquid injection pipe disposed inside the first body in the longitudinal direction of the first body and equipped with a plurality of first injection nozzles for spraying the bio-liquid.
  • the first main body may be composed of a cylindrical rotary kiln that rotates at a predetermined speed.
  • the heat treatment unit includes a second main body into which the solid fuel impregnated with the bio-liquid is input; And it may include a reheat steam injection unit provided on the outlet side of the second main body for spraying reheat steam supplied from the reheat steam supply unit into the second main body.
  • the reheat steam injection unit includes a reheat steam supply unit having a plurality of reheat steam flow paths in which a reheat steam nozzle is coupled to one end; A reheat steam injection plate formed by introducing the reheat steam nozzle; And it may include a reheat steam main nozzle coupled to the reheat steam flow path and formed on the central axis of the reheat steam injection plate.
  • the reheat steam injection unit includes: a reheat steam curved member that guides reheat steam to be sprayed toward the center of the second body portion along an end circumference of the reheat steam injection plate; And it may further include a reheat steam vortex forming member formed between the reheat steam curved member and an end of the reheat steam injection plate to induce a vortex flow in the injected reheat steam.
  • the cooling unit includes a third body portion into which the solid fuel heat-treated in the heat treatment unit is input; a jacket portion disposed to surround the third main body portion; and a coolant spraying unit provided between the third main body and the jacket, and spraying coolant onto the outer surface of the third main body.
  • the coolant spray unit may include at least one coolant spray pipe disposed between the third body portion and the jacket portion in the longitudinal direction of the third body portion and equipped with a plurality of second spray nozzles for spraying the coolant. .
  • the cooling unit is provided at a lower portion of the jacket portion and may further include a storage tank that stores the coolant discharged through the outlet of the jacket portion to circulate the coolant sprayed from the coolant spray portion to the cold heat supply unit. You can.
  • an impurity removal unit that removes impurities contained in steam discharged from the heat treatment unit; a blowing unit that circulates the steam that has passed through the impurity removal unit to the reheat steam supply unit; And it may further include a discharge unit that discharges an amount of steam that has passed through the blowing unit equal to the steam flow rate generated during heat treatment of the solid fuel in the heat treatment unit.
  • the impurity removal unit includes at least one cyclone; And it may include at least one bag filter connected in communication with the cyclone.
  • a crushing unit that crushes the solid fuel
  • a separation unit that separates the solid fuel having an average particle size of less than 6 mm pulverized in the crushing unit; And it further includes a storage unit that stores the solid fuel separated in the separation unit, and the solid fuel stored in the storage unit can be input into the pretreatment unit.
  • It may further include a transfer unit provided between the storage unit and the pretreatment unit to transfer the solid fuel stored in the storage unit to the pretreatment unit.
  • the transfer unit includes a first screw feeder that transfers the solid fuel stored in the storage unit; A bucket containing the solid fuel transported by the first screw feeder; and an elevator to which the bucket is connected and which elevates the bucket in a height direction.
  • the bucket is raised by the elevator, and the solid fuel contained in the raised bucket can be input into the pretreatment unit.
  • Embodiments of the present invention can improve the calorific value of solid fuel and improve the quality of solid fuel by impregnating or coating the micropores of solid fuel with liquid components containing glucose and xylose and/or biofluid containing lignin, followed by drying and heat treatment. there is.
  • embodiments of the present invention can efficiently dry and heat treat solid fuel by directly heating the solid fuel impregnated or coated with bio-fluid with high-temperature reheat steam.
  • the embodiment of the present invention directly heat-treats solid fuel using high-temperature reheat steam, ignition does not occur and drying and heat treatment times can be shortened.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a solid fuel reheat steam processing system according to the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing a solid fuel reheat steam processing system according to the present invention.
  • Figure 3 is an enlarged view showing a grinding unit and a separation unit according to the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged view showing a storage unit, transfer unit, and preprocessing unit according to the present invention.
  • Figure 5 is an enlarged view showing a heat treatment unit, an impurity removal unit, a blowing unit, a discharge unit, and a reheat steam supply unit according to the present invention.
  • Figure 6 is a front view showing a superheated steam injection unit according to the present invention.
  • Figure 7 is a side cross-sectional view showing a superheated steam injection unit according to the present invention.
  • Figure 8 is an enlarged view showing a cooling unit and a cold heat supply unit according to the present invention.
  • Figure 9 is a table showing industrial analysis, elemental analysis, higher calorific value and lower calorific value values before and after treatment of solid fuel by the solid fuel reheat steam processing system according to the present invention.
  • Figure 10 is a graph showing the spontaneous ignition (combustion) temperature before solid fuel treatment by the solid fuel reheat steam processing system according to the present invention.
  • Figure 11 is a graph showing the spontaneous ignition (combustion) temperature after solid fuel treatment by the solid fuel reheat steam processing system according to the present invention.
  • Figure 1 is a diagram schematically showing a solid fuel reheat steam processing system according to the present invention
  • Figure 2 is a diagram showing a solid fuel reheat steam processing system according to the present invention
  • Figure 3 is a grinding unit and separation unit according to the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged view showing the unit
  • Figure 4 is an enlarged view showing the storage unit, transfer unit, and pretreatment unit according to the present invention
  • Figure 5 is an enlarged view showing the heat treatment unit, impurity removal unit, blowing unit, discharge unit, and reheat steam according to the present invention.
  • Figure 6 is a front view showing the superheated steam injection unit according to the present invention
  • Figure 7 is a side cross-sectional view showing the superheated steam injection unit according to the present invention
  • Figure 8 is a cooling unit and cold heat according to the present invention. This is an enlarged view showing the supply unit.
  • the solid fuel reheat steam processing system 100 includes a grinding unit 110 that grinds solid fuel, and the solid fuel pulverized in the grinding unit 110 under predetermined particle size conditions.
  • a separation unit 115 that separates according to the separation unit 115, a storage unit 118 that stores the solid fuel separated in the separation unit 115, and the solid fuel stored in the storage unit 118 is input, and glucose and xylose are added to the solid fuel.
  • a pretreatment unit 130 that impregnates solid fuel with the biofluid by spraying biofluid containing liquid components and/or lignin, and solid fuel impregnated with the biofluid is input from the pretreatment unit 130 and impregnated with the biofluid.
  • a heat treatment unit 140 that heat-treats the solid fuel a reheat steam supply unit 160 that supplies reheat steam to the heat treatment unit 140 to directly heat the solid fuel input to the heat treatment unit 140, and a heat treatment unit 140.
  • a cooling unit 170 for cooling the solid fuel into which the heat-treated solid fuel is input and a cold heat supply unit 180 for supplying cold heat to the cooling unit 170 to cool the solid fuel input into the cooling unit 170.
  • the solid fuel may be one or more selected from low-grade coal such as peat, lignite, sub-bituminous coal, bituminous coal, and anthracite, and the solid fuel may also include biomass, combustible waste, etc.
  • the solid fuel is not limited to this, and the type is not limited as long as it is a solid fuel with a calorific value and can be used as boiler fuel.
  • a pulverizing unit 110 that pulverizes the solid fuel and a separation unit 115 that separates the pulverized solid fuel according to predetermined particle size conditions are provided.
  • the crushing unit 110 crushes solid fuel supplied as a raw material.
  • the crushing unit 110 includes a crusher 111 that crushes solid fuel.
  • the solid fuel pulverized by the pulverizing unit 110 is input into the separation unit 115 disposed adjacent to it.
  • the particle size conditions of the solid fuel are essential for impregnating or coating the solid fuel with bio-liquid in the pretreatment unit 130 and increasing drying and heat treatment efficiency for the solid fuel in the heat treatment unit 140.
  • the average particle size standard of solid fuel may preferably be 6 mm or less.
  • the pulverized solid fuel that exceeds the average particle size standard is re-supplied to the pulverizer (111). If solid fuel is not classified according to average particle size standards, it is difficult to obtain impregnation or coating of solid fuel and uniform drying and heat treatment effects on solid fuel.
  • the solid fuel with a particle size of 6 mm or less and that exceeding 6 mm are separated and stored by the separation unit 115, and the solid fuel with a particle size of more than 6 mm can be re-supplied to the crusher 111 and pulverized as described above.
  • solid fuel with a particle size of 6 mm or less is stored in the storage unit 118 and then supplied to the pretreatment unit 130, which will be described later.
  • the pretreatment unit 130 impregnates or coats the solid fuel with the bio-fluid by spraying the bio-fluid onto the solid fuel.
  • the biofluid contains liquid components including glucose and xylose and/or lignin.
  • the pretreatment unit 130 upgrades low-grade solid fuel with low calorific value into high-grade solid fuel with high calorific value.
  • the biofluid is produced as a solution with a predetermined concentration using a liquid component containing glucose and xylose and/or a liquid component containing lignin.
  • the concentration of the bio-liquid is expressed as the ratio of the solution of the liquid component added to the total bio-liquid solution, and may be greater than 0 to less than 1.
  • the concentration of the biofluid may be 0.3 or more and 0.95 or less, and more preferably 0.5 or more and 0.9 or less.
  • the concentration of the bio-fluid exceeds 0.9, the viscosity is high when spraying the bio-fluid, making it difficult to spray, and if it is less than 0.5, the amount of moisture is large, which causes a problem of high process costs.
  • the pretreatment unit 130 is provided inside the first main body 131 and the first main body 131 into which solid fuel is input, and sprays bio-fluid on the solid fuel input into the first main body 131. It includes a liquid injection unit 132 and a bio-liquid supply unit 135 that is connected in communication with the bio-liquid injection unit 132 and supplies bio-liquid to the bio-liquid injection unit 132.
  • the bio-liquid injection unit 132 is disposed inside the first body 131 in the longitudinal direction of the first body 131 and is equipped with a plurality of first injection nozzles 133 for spraying bio-liquid. Includes a bio-liquid injection pipe (132). And the bio-liquid supply unit 135 is connected to the bio-liquid storage tank 136 where the bio-liquid is stored, and the bio-liquid stored in the bio-liquid storage tank 136 is connected to the bio-liquid injection pipe 132. It includes a pump 137 that supplies to.
  • the first main body 131 may be composed of a cylindrical rotary kiln that rotates at a predetermined speed.
  • the first main body 131 is rotated clockwise or counterclockwise by the first driving unit (not shown), and the solid fuel rising up the inner wall of the first main body 131 collapses the angle of repose, causing the first main body (131) to rotate clockwise or counterclockwise. 131) and falls downward. While the first body 131 rotates, the solid fuel rotates inside the first body 131 and moves toward the outlet.
  • a plurality of drop wings are provided inside the first body portion 131 to facilitate the movement of solid fuel.
  • the dropping wings have the advantage of facilitating the movement of solid fuel introduced into the first main body 131.
  • the falling wings pull the solid fuel upward according to the rotation of the first main body 131 and then drop it downward at a certain position.
  • Each falling wing has a different shape and can change the position at which the solid fuel is dropped. there is.
  • the solid fuel repeatedly falls at a certain location due to the rotation of the first main body 131 and the falling blades, which looks similar to a falling waterfall, so this is called a cascade effect.
  • the solid fuel repeatedly moves upward and falls, the surface of the solid fuel is exposed, and the bio-fluid is sprayed on the exposed surface to evenly impregnate or coat the solid fuel with the bio-fluid.
  • the bio-liquid injection pipe 132 may be disposed to penetrate along the longitudinal direction of the first main body 131, and the pump 137 of the bio-liquid supply unit 135 supplies bio-liquid to the bio-liquid injection pipe 132.
  • the bio-liquid is supplied and injected into the solid fuel through the plurality of first injection nozzles 133.
  • a transfer unit 120 may be provided between the storage unit 118 and the preprocessing unit 130 to transfer the solid fuel stored in the storage unit 118 to the preprocessing unit 130.
  • the transfer unit 120 includes a first screw feeder 121 that transfers the solid fuel stored in the storage unit 118, a bucket 123 that contains the solid fuel transferred by the first screw feeder 121, and , the bucket 123 is connected and includes an elevator 125 that elevates the bucket 123 in the height direction.
  • the solid fuel stored in the storage unit 118 is supplied to the first screw feeder 121, the solid fuel is transferred toward the bucket 123 by the first screw feeder and is contained in the bucket 123.
  • the bucket 123 is located at the bottom of the elevator 125.
  • the bucket 123 is moved in the height direction by the elevator 125. After being raised, it is put into the first main body 131 of the preprocessing unit 130.
  • the solid fuel rotates inside the first body portion 131 and moves toward the outlet (i.e., toward the heat treatment unit 140, which will be described later), and the solid fuel While the biofluid is being moved, the solid fuel is impregnated or coated.
  • the bio-fluid when the bio-fluid is impregnated or coated with solid fuel, the bio-fluid is impregnated or coated in the micropores of the solid fuel, but the surfaces of the bio-fluid and solid fuel are hydrophilic with high affinity for water, so moisture in the atmosphere is absorbed. This deteriorates the quality of solid fuel, so additional processes are required to prevent this. Therefore, a hydrophobization process can be performed to prevent moisture from adsorbing to the solid fuel impregnated or coated with the bio-liquid, and the hydrophobization process can be achieved by drying and heat-treating the solid fuel impregnated or coated with the bio-liquid. Therefore, in this embodiment, the solid fuel impregnated or coated with bio-fluid inside the first body 131 is input into the heat treatment unit 140 to be dried and heat treated.
  • the solid fuel impregnated or coated with the biofluid discharged from the pretreatment unit 130 may be input into the heat treatment unit 140 by the second screw feeder 190.
  • the heat treatment unit 140 directly heats the solid fuel impregnated or coated with bio-fluid to dry and heat-treat it.
  • the heat treatment unit 140 is provided on the second main body 141, into which solid fuel impregnated with bio-fluid is input, and the outlet side of the second main body 141, and receives reheat supplied from the reheat steam supply unit 160, which will be described later. It includes a reheat steam injection unit 142 that sprays steam into the interior of the second main body 141.
  • the second main body 141 may be composed of a cylindrical rotary kiln that rotates at a predetermined speed.
  • the second main body 141 is rotated clockwise or counterclockwise by the second driving unit (not shown), and the solid fuel rising up the inner wall of the second main body 141 collapses the angle of repose, causing the second main body (141) to rotate clockwise or counterclockwise. 141) falls downward from the inside.
  • the solid fuel rotates inside the second body portion 141 and is dried while moving toward the outlet.
  • a plurality of drop wings are provided inside the second main body 141 to facilitate the movement of solid fuel.
  • the dropping wing has the advantage of facilitating the movement of solid fuel introduced into the second main body 141.
  • the falling wings pull the solid fuel upward according to the rotation of the second main body 141 and then drop it downward at a certain position.
  • Each falling wing has a different shape and the position at which the solid fuel is dropped can be changed. there is.
  • the second driving unit includes a roller that is in close contact with the outer wall of the second main body 141 and rotates the second main body 141.
  • a reheat steam injection unit 142 is provided on the outlet side of the second main body 141 to directly heat the reheated steam by spraying the reheated steam while the solid fuel is moving inside the second main body 141.
  • the reheat steam injection unit 142 injects reheat steam opposite to the direction of movement of the solid fuel.
  • the reheat steam sprayed from the reheat steam injection unit 142 to the second main body 141 may have a temperature of 300 to 500°C.
  • the temperature of the reheat steam is maintained at 300-500°C, heat transfer to the solid fuel is easy, moisture contained in the solid fuel is evaporated and discharged, and moisture is prevented from being re-adsorbed into the micropores of the solid fuel. It is possible to facilitate the transportation and storage of solid fuel, and also to obtain high-quality solid fuel with a high calorific value.
  • the vapor generated during drying and heat treatment of solid fuel is discharged to the outside by measuring the internal pressure of the second main body 141 and discharged to the outside through the discharge unit 158, which will be described later.
  • low-grade coal can be reformed to have the calorific characteristics of high-grade coal through heat treatment using reheat steam (see FIG. 9). Therefore, if the reformed high-grade coal is applied as a fuel for power generation, it is possible to additionally reduce environmental loads such as greenhouse gases due to the characteristics of high-grade coal utilization in existing power generation facilities.
  • the internal temperature may rise and spontaneous combustion may occur.
  • the ignition temperature increases, so even if left under the same conditions, the dried and heat-treated solid fuel remains natural. No ignition occurs.
  • the surface of the solid fuel becomes hydrophobic, which has the effect of preventing moisture re-adsorption.
  • the contact angle between the surface and the water droplet may be 30° or more.
  • the reheat steam injection unit 142 is a reheat steam supply unit 143 having a plurality of reheat steam flow paths to which the reheat steam nozzle 148 is coupled at one end, and a reheat steam injection plate formed by inserting the reheat steam nozzle 148. It includes (144) and a reheat steam main nozzle 145 coupled to the reheat steam flow path and formed on the central axis of the reheat steam injection plate 144.
  • the reheat steam injection unit 142 includes a reheat steam curved member 146 that guides the reheat steam to be sprayed toward the center of the second body portion 141 along the end circumference of the reheat steam injection plate 144, and a reheat steam curved member 146. It may further include a reheat steam vortex forming member 147 formed between the steam curved member 146 and the end of the reheat steam injection plate 144 to induce a vortex flow in the injected reheat steam.
  • the injection pressure of the reheat steam nozzle 148 is preferably between 100mmH 2 O and 500mmH 2 O. This is because high-pressure reheat steam is injected directly into the solid fuel. The small particles and dust generated at this time are scattered and discharged to the impurity removal unit 150, which will be described later, so they must be replaced with low-pressure reheat steam. .
  • the impurity removal unit 150 may include at least one cyclone 151 and at least one bag filter 152 connected to the cyclone 151 in communication. And the steam that has passed through the impurity removal unit 150 is supplied to the reheat steam supply unit 160.
  • a blowing unit 155 is provided at the rear of the impurity removal unit 150 to supply and circulate the steam that has passed through the impurity removal unit 150 to the reheat steam supply unit 160.
  • the vapor that has passed through the impurity removal unit 150 is discharged to the outside through the discharge unit 158. Since the vapor passing through the impurity removal unit 150 contains more vapor generated during the solid fuel drying and heat treatment process, excess vapor is discharged to the outside through the discharge unit 158 by the amount of steam flow increased during the drying and heat treatment process.
  • the concentration of oxygen in the reheating steam is measured and preheated until the oxygen concentration is 5% or less.
  • preheating is completed and the oxygen concentration in the reheat steam is below 5%, it is supplied to the heat treatment unit 140.
  • the heat treatment unit 140, the impurity removal unit 150, the blowing unit 155, and the reheat steam supply unit 160 can increase energy efficiency by recycling energy in a closed circulation cycle.
  • the solid fuel dried and heat-treated in the heat treatment unit 140 is input into the cooling unit 170.
  • the cooling unit 170 inputs dried and heat-treated solid fuel and cools the solid fuel.
  • the cooling unit 170 includes a third body portion 171 into which the solid fuel heat-treated in the heat treatment unit 140 is input, a jacket portion 172 disposed to surround the third body portion 171, and the third body portion.
  • a coolant spray part 176 is provided between the part 171 and the jacket part 172 and sprays coolant on the outer surface of the third main body part 171, and a coolant spray part 176 is provided at the lower part of the jacket part 172 and ( It includes a storage water tank 178 that stores the coolant discharged through the outlet 175 of the jacket portion 172 to circulate the coolant sprayed from 176 to the cold heat supply unit 180.
  • the coolant spray unit 176 is disposed between the third body part 171 and the jacket part 172 in the longitudinal direction of the third body part 171 and has a plurality of second spray nozzles 177 that spray coolant. It includes at least one coolant injection pipe 176 installed.
  • the third main body 171 may be composed of a cylindrical rotary kiln that rotates at a predetermined speed.
  • the third main body 171 rotates clockwise or counterclockwise by the third driving unit (not shown), and the solid fuel climbing the inner wall of the third main body 171 collapses the angle of repose, causing the third main body (171) to rotate clockwise or counterclockwise. 171) falls downward from the inside.
  • the solid fuel is rotated inside the third body portion 171 and cooled as it moves toward the discharge port 175.
  • a plurality of drop wings are provided inside the third main body 171 to facilitate the movement of solid fuel.
  • the dropping wings have the advantage of facilitating the movement of solid fuel introduced into the third main body 171.
  • the falling wings pull the solid fuel upward according to the rotation of the third main body 171 and then drop it downward at a certain position.
  • Each falling wing has a different shape and can change the position at which the solid fuel is dropped. there is.
  • the solid fuel repeatedly moves upward and falls, the surface of the solid fuel is exposed, and cooling is promoted by the internal temperature of the third main body 171.
  • the third body portion 171 is cooled to cool the solid fuel within the third body portion 171. That is, the solid fuel is cooled by indirectly cooling the solid fuel by supplying cooling water to the jacket portion 172 to cool the third body portion 171.
  • the jacket portion 172 is provided on a housing 173 that surrounds the third body portion 171 and forms a cooling space (S) between the outer walls of the third body portion 171, and on the upper part of the housing 173.
  • An inlet 174 through which the coolant supplied to the cold heat supply unit 180 flows, and an outlet provided at the lower part of the housing 173 and disposed opposite to the inlet 174, through which the coolant passing through the cooling space S is discharged. Includes (175).
  • At least one coolant injection pipe with a plurality of second injection nozzles 177 installed in the cooling space (S) between the third body portion 171 and the jacket portion 172 in the longitudinal direction of the third body portion 171. (176) is placed.
  • the coolant supplied from the cold heat supply unit 180 is supplied to the coolant spray pipe 176 through the inlet 174 of the jacket portion 172 and then sprayed into the cooling space (S) from the plurality of second spray nozzles 177. do.
  • the coolant supplied from the cold heat supply unit 180 flows in through the inlet 174, is sprayed through the coolant spray pipe 176, and then passes through the cooling space S provided inside the housing 173 to the housing 173. It is discharged through the discharge port 175 provided at the bottom.
  • the coolant cools the cooling space of the housing 173 and cools the outer surface of the third main body 171
  • the internal temperature of the third main body 171 decreases due to heat transfer and the third main body 171 Cools the solid fuel put inside.
  • cooling water discharged from the outlet 175 of the housing 173 is stored in the storage tank 178 and then supplied to the cold heat supply unit 180 and circulated.
  • the solid fuel cooled in the cooling unit 170 may be discharged to the outside by the third screw feeder 195.
  • a comparison between low-grade raw material coal (raw cola) and upgrading coal by the solid fuel reheat steam processing system 100 according to the present invention is as follows.
  • Figure 9 is a table showing industrial analysis, elemental analysis, higher calorific value and lower calorific value values before and after treatment of solid fuel by the solid fuel reheat steam processing system according to the present invention
  • Figure 10 is a table showing solid fuel reheat according to the present invention. It is a graph showing the spontaneous ignition (combustion) temperature before solid fuel treatment by the steam processing system
  • Figure 11 is a graph showing the spontaneous ignition (combustion) temperature after solid fuel treatment by the solid fuel reheat steam processing system according to the present invention.
  • the spontaneous combustion temperature of the raw material coal is 163 ° C. before treatment (see FIG. 10), and the high-grade coal after treatment spontaneously combusts. Since the temperature is increased to 214°C (see FIG. 11), the risk of spontaneous ignition during the process of storing and transporting fuel can be reduced.
  • first main body 132 bio-liquid injection unit
  • Bio-liquid supply unit 136 Bio-liquid storage tank
  • Reheat steam supply unit 144 Reheat steam injection plate
  • Reheat steam main nozzle 146 Reheat steam curved member
  • Reheat steam vortex forming member 148 Reheat steam nozzle
  • Impurity removal unit 151 Cyclone
  • Cooling unit 171 Third main body
  • Jacket portion 176 Coolant spray portion
  • the solid fuel reheat steam processing system according to the present invention can convert low-grade solid fuel into high-grade solid fuel with improved calorific value.

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Abstract

고체연료 재열증기 처리시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템은, 고체연료가 투입되며, 고체연료에 바이오액을 분사하여 고체연료에 바이오액을 함침시키는 전처리유닛; 바이오액이 함침된 고체연료가 투입되며, 바이오액이 함침된 고체연료를 열처리하는 열처리유닛; 열처리유닛에 투입된 고체연료를 직접가열하도록, 열처리유닛에 재열증기를 공급하는 재열증기 공급유닛; 열처리유닛에서 열처리된 고체연료가 투입되며, 고체연료를 냉각시키는 냉각유닛; 및 냉각유닛에 투입된 고체연료를 냉각하도록, 냉각유닛에 냉열을 공급하는 냉열 공급유닛을 포함한다.

Description

고체연료 재열증기 처리시스템
본 발명은 고체연료 재열증기 처리시스템에 관한 것이다.
석탄 등의 고체연료를 사용하는 화력발전소는 500MW당 대략 180톤ton/hr의 석탄을 연소하며, 미분기 1대당 대략 37ton에 상당하는 석탄을 보일러에 공급한다.
석탄을 사용하는 500MW의 화력발전소에는 대략 500ton 용량의 석탄 저장소가 대략 6개가 설치되고, 그 중 5개는 정상적인 석탄의 공급이 이루어지며, 나머지 1개는 예비로 일정기간 동안 사용할 수 있는 석탄을 비축하는 저탄장으로 운영된다.
더욱이 석탄을 연료로 발전하는 화력발전소에서 석탄에 대한 표준 화력 설계기준은 6,080Kcal/Kg, 10%이하의 저수분 역청탄을 사용하도록 설계되어있다. 그러나 몇몇 화력발전소에서는 수입된 석탄을 사용하고 있는데, 그 중 일부 역청탄의 평균 수분 함수율이 17%이상 되는 것도 있어서 보일러의 연소효율을 저하시킨다.
표준화력 연소 한계가 5,400Kcal/Kg으로 사용하는 석탄의 발열량이 낮을 경우에는 연소효율의 저하로 발전량 감소와 연료소비량의 증가가 예상된다. 더욱이 고수분(수분 25% 이상)의 저열량탄인 갈탄을 사용할 때에 수분함량이 설계기준보다 높아 석탄을 운반하는 이송계통이 원활하지 않고, 미분기로 석탄을 분쇄할 때에 능률의 저하, 일부 불완전 연소에 따른 연소효율의 저하, 보일러 내에서 발생되는 열 분포의 편류와 비정상 상태로 운전되는 경우도 발생한다. 그러나 화력발전소에서 연료비용의 절감을 위하여 갈탄의 사용 비중이 대략 41~60%까지 차츰 증가하고 있는 실정이므로, 종래에는 스팀 건조장치를 이용하여 고압의 스팀을 자켓 또는 튜브 등에 공급하여 간접적으로 석탄 등의 고체연료를 가열 및 건조하였다.
그러나 종래의 스팀 건조장치를 이용하여 석탄 등의 고체연료를 고온 건조시 일정온도 이상의 고온의 열풍을 이용하는 경우에 휘발가스 및 미분이 발생되고, 휘발가스 및 미분이 발화온도에 도달하면 장치 내부에서 착화되어 연소된다.
즉, 일반적인 열교환된 고온의 건공기(산소농도 21%)를 이용할 때, 건조는 빠르게 진행되지만, 가연성 물질은 발화가 일어나게 된다. 따라서, 종래에는 가연성 물질의 발화를 막기 위해 가연성 물질을 건조하고자 하는 경우에 아주 낮은 온도(60~80℃)의 건공기를 이용하여 건조하거나, 직접 고온의 열풍과 접촉하지 못하게 스팀튜브 등과 표면접촉을 통해 간접적으로 건조하였다.
그러나, 저온의 공기 또는 간접 열전달에 의한 건조는 시간이 오래 걸리고 장치 또한 매우 커지므로, 에너지를 과다 소비하는 문제점이 있다.
한편, 최근 지속적인 유가 상승과 원자력 에너지의 안정성에 대한 불신 등의으로 에너지원으로서의 석탄에 대한 관심이 다시 고조되고 있다. 그러나 석탄은 화석연료 중 이산화탄소 발생량이 가장 많으므로 지구 온난화 문제를 감안하면 경쟁력이 취약한 에너지원이다. 따라서 현재 에너지원으로서 세계적으로 이슈화 되고 있는 것 중에 신재생 에너지의 이용 및 보급을 들 수 있으며, 이는 기존의 석유, 석탄 등 화석연료에 비하여 이산화탄소의 배출이 저감되어 지구온난화 및 기후변화에 대응할 수 있는 에너지원이기 때문이다.
태양광 또는 풍력 등의 신재생 에너지원을 발전용 또는 난방용으로 사용하는 경우에는 화석연료와 비교하면 발전단가 등의 차이로 인하여 획기적인 이용 및 보급이 제한적인 상황이지만, 화석연료의 고갈과 더불어 국제조약인 기후변화협약 대응에 따른 온실가스 감축이 대두되면서 신재생 에너지 의무할당제가 거론되기 시작한 이래 2012년부터 신재생 에너지 의무할당제(Renewable Portfolio Standard; RPS)가 도입되어 국내 에너지 사업자들에게는 부담으로 작용하고 있는 실정이다.
이에 따라 발전사에서는 석탄의 이산화탄소 발생을 감축시키는 노력으로 석탄 가스화 복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle; IGCC) 및 바이오매스(bio-mass) 혼소 등을 시도하고 있다.
그러나 IGCC는 기존의 석탄 화력 발전시설을 이용할 수 없고, 1기당 약 1조 3천억원 규모의 막대한 건설비용이 필요하며, 이산화탄소 처리를 위하여 이산화탄소 포집 및 저장설비(Carbon Capture and Storage; CCS)를 추가로 설치해야 하는 기술로서 경제적인 부담이 매우 크다.
바이오매스 혼소의 경우에는 석탄에 비하여 상대적으로 낮은 발열량의 바이오매스를 연소함에 따라 발전효율이 저하된다는 문제점을 안고 있다. 단순히 석탄과 오일계 바이오매스를 혼합시킨 연료의 경우, 석탄의 표면에 오일이 코팅되거나 석탄 표면의 기공으로 오일이 함침된다. 하지만 오일 자체의 낮은 표면장력과 오일계 바이오매스와 석탄 표면의 결합력이 부족하여, 석탄과 바이오매스는 각각 기존의 연소 특성을 유지하므로 결과적으로는 다른 연소 특징을 보이게 된다. 따라서 이를 발전소에 적용하면 버너 앞부분에서 오일의 저온 연소 패턴으로 인하여 산소가 우선적으로 과잉 소모하게 되고, 결국 석탄의 연소를 저해하여 미연 탄소(unburned carbon)의 양이 증가하게 되며 발전 효율을 감소시키게 된다.
따라서, 신재생 에너지의 이용 및 보급을 촉진하고, 바이오매스 연료의 공급 안정성을 확보하기 위해, 바이오매스 유래물질을 활용한 저등급 석탄의 고품위화에 관한 연구개발이 요구된다.
[선행기술문헌]
[문헌1] 대한민국 등록특허 제10-1860037호
[문헌2] 대한민국 등록특허 제10-1195416호
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 글루코스 및 자일로스를 포함한 액상성분 및/또는 리그닌을 포함한 바이오액을 고체연료에 함침 또는 코팅시키고 고온의 재열증기를 사용하여 고체연료를 직접가열함으로써 고체연료를 고품위화하고 고체연료를 효율적으로 건조 및 열처리할 수 있는 고체연료 재열증기 처리시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고체연료가 투입되며, 상기 고체연료에 바이오액을 분사하여 상기 고체연료에 상기 바이오액을 함침시키는 전처리유닛; 상기 바이오액이 함침된 상기 고체연료가 투입되며, 상기 바이오액이 함침된 상기 고체연료를 열처리하는 열처리유닛; 상기 열처리유닛에 투입된 상기 고체연료를 직접가열하도록, 상기 열처리유닛에 재열증기를 공급하는 재열증기 공급유닛; 상기 열처리유닛에서 열처리된 상기 고체연료가 투입되며, 상기 고체연료를 냉각시키는 냉각유닛; 및 상기 냉각유닛에 투입된 상기 고체연료를 냉각하도록, 상기 냉각유닛에 냉열을 공급하는 냉열 공급유닛을 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템이 제공될 수 있다.
상기 전처리유닛은, 상기 고체연료가 투입되는 제1 본체부; 상기 제1 본체부의 내부에 마련되며, 상기 제1 본체부에 투입된 상기 고체연료에 상기 바이오액을 분사하는 바이오액 분사부; 및 상기 바이오액 분사부에 연통되게 연결되어 상기 바이오액 분사부에 상기 바이오액을 공급하는 바이오액 공급부를 포함할 수 있다.
상기 바이오액 분사부는, 상기 제1 본체부의 내부에 상기 제1 본체부의 길이방향으로 배치되며 상기 바이오액을 분사하는 복수의 제1 분사노즐이 설치된 적어도 하나의 바이오액 분사관을 포함할 수 있다.
상기 제1 본체부는 소정의 속도로 회전하는 원통형의 로터리 킬른으로 구성될 수 있다.
상기 열처리유닛은, 상기 바이오액이 함침된 상기 고체연료가 투입되는 제2 본체부; 및 상기 제2 본체부의 배출구측에 마련되어 상기 재열증기 공급유닛으로부터 공급받은 재열증기를 상기 제2 본체부의 내부에 분사하는 재열증기 분사부를 포함할 수 있다.
상기 재열증기 분사부는, 일측 끝단에 재열증기 노즐이 결합된 재열증기 유로를 복수 개 구비한 재열증기 공급부; 상기 재열증기 노즐이 인입되어 형성된 재열증기 분사판; 및 상기 재열증기 유로와 결합되어 상기 재열증기 분사판의 중심축에 형성된 재열증기 메인노즐을 포함할 수 있다.
상기 재열증기 분사부는, 상기 재열증기 분사판의 끝단 둘레를 따라 재열증기가 상기 제2 본체부의 중심방향으로 분사되도록 유도하는 재열증기 곡선형부재; 및 상기 재열증기 곡선형부재 및 상기 재열증기 분사판 끝단 사이에 형성되어 분사된 재열증기에 와류유동을 유도하는 재열증기 와류 성형부재를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각유닛은, 상기 열처리유닛에서 열처리된 상기 고체연료가 투입되는 제3 본체부; 상기 제3 본체부를 감싸도록 배치되는 자켓부; 및 상기 제3 본체부와 상기 자켓부 사이에 마련되며, 상기 제3 본체부의 외면에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부를 포함할 수 있다.
상기 냉각수 분사부는, 상기 제3 본체부와 상기 자켓부 사이에 상기 제3 본체부의 길이방향으로 배치되며 상기 냉각수를 분사하는 복수의 제2 분사노즐이 설치된 적어도 하나의 냉각수 분사관을 포함할 수 있다.
상기 냉각유닛은, 상기 자켓부의 하부에 마련되며, 상기 냉각수 분사부에서 분사된 상기 냉각수를 상기 냉열 공급유닛으로 순환시키도록 상기 자켓부의 배출구를 통해 배출된 상기 냉각수를 저장하는 저장수조를 더 포함할 수 있다.
상기 열처리유닛에서 배출되는 증기에 함유된 불순물을 제거하는 불순물 제거유닛; 상기 불순물 제거유닛을 통과한 증기를 상기 재열증기 공급유닛으로 순환시키는 송풍유닛; 및 상기 송풍유닛을 통과한 증기 중 상기 열처리유닛에서 상기 고체연료를 열처리하는 동안 생성된 증기유량 만큼을 배출하는 배출유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 불순물 제거유닛은, 적어도 하나 이상의 사이클론; 및 상기 사이클론에 연통되게 연결된 적어도 하나 이상의 백필터를 포함할 수 있다.
상기 고체연료를 분쇄하는 분쇄유닛; 상기 분쇄유닛에서 분쇄된 평균입도가 6mm 이내인 상기 고체연료를 분리하는 분리유닛; 및 상기 분리유닛에서 분리된 상기 고체연료를 저장하는 저장유닛을 더 포함하며, 상기 저장유닛에 저장된 상기 고체연료를 상기 전처리유닛에 투입할 수 있다.
상기 저장유닛과 상기 전처리유닛 사이에 마련되어 상기 저장유닛에 저장된 상기 고체연료를 상기 전처리유닛으로 이송하는 이송유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 이송유닛은, 상기 저장유닛에 저장된 상기 고체연료를 이송하는 제1 스크류피더; 상기 제1 스크류피더에 의해 이송된 상기 고체연료가 담기는 버켓; 및 상기 버켓이 연결되며 상기 버켓을 높이방향으로 승강시키는 승강기를 포함하며, 상기 버켓은 상기 승강기에 의해 상승되며, 상승된 상기 버켓에 담긴 상기 고체연료는 상기 전처리유닛에 투입될 수 있다.
본 발명의 실시예는 글루코스 및 자일로스를 포함한 액상성분 및/또는 리그닌을 포함한 바이오액을 고체연료의 미세기공에 함침 또는 코팅시키고 건조 및 열처리함으로써 고체연료의 발열량을 향상시켜 고체연료를 고품위화할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예는 바이오액이 함침 또는 코팅된 고체연료를 고온의 재열증기로 직접가열함으로써 고체연료를 효율적으로 건조 및 열처리할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예는 고온의 재열증기를 이용하여 고체연료를 직접열처리하므로 발화가 일어나지 않으며 건조 및 열처리 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 분쇄유닛 및 분리유닛을 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 저장유닛, 이송유닛 및 전처리유닛을 나타내는 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열처리유닛, 불순물 제거유닛, 송풍유닛, 배출유닛 및 재열증기 공급유닛을 나타내는 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 과열증기 분사부를 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 과열증기 분사부를 나타내는 측단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 냉각유닛 및 냉열 공급유닛을 나타내는 확대도이다.
도 9는 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템에 의한 고체연료의 처리 전 및 처리 후의 공업분석, 원소분석, 고위발열량 및 저위발열량 값을 나타내는 표이다.
도 10은 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템에 의한 고체연료 처리 전의 자연발화(연소)온도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템에 의한 고체연료 처리 후의 자연발화(연소)온도를 나타내는 그래프이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 분쇄유닛 및 분리유닛을 나타내는 확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 저장유닛, 이송유닛 및 전처리유닛을 나타내는 확대도이고, 도 5는 본 발명에 따른 열처리유닛, 불순물 제거유닛, 송풍유닛, 배출유닛 및 재열증기 공급유닛을 나타내는 확대도이고, 도 6은 본 발명에 따른 과열증기 분사부를 나타내는 정면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 과열증기 분사부를 나타내는 측단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 냉각유닛 및 냉열 공급유닛을 나타내는 확대도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템(100)은 고체연료를 분쇄하는 분쇄유닛(110)과, 분쇄유닛(110)에서 분쇄된 고체연료를 소정의 입도조건에 따라 분리하는 분리유닛(115)과, 분리유닛(115)에서 분리된 고체연료를 저장하는 저장유닛(118)과, 저장유닛(118)에 저장된 고체연료가 투입되며 고체연료에 글루코스 및 자일로스를 포함한 액상성분 및/또는 리그닌을 포함한 바이오액을 분사하여 고체연료에 바이오액을 함침시키는 전처리유닛(130)과, 전처리유닛(130)으로부터 바이오액이 함침된 고체연료가 투입되며 바이오액이 함침된 고체연료를 열처리하는 열처리유닛(140)과, 열처리유닛(140)에 투입된 고체연료를 직접가열하도록 열처리유닛(140)에 재열증기를 공급하는 재열증기 공급유닛(160)과, 열처리유닛(140)에서 열처리된 고체연료가 투입되며 고체연료를 냉각시키는 냉각유닛(170)과, 냉각유닛(170)에 투입된 고체연료를 냉각하도록 냉각유닛(170)에 냉열을 공급하는 냉열 공급유닛(180)을 포함한다.
본 실시예에서 고체연료는 이탄, 갈탄, 아역청탄, 역청탄, 무연탄 등 저등급 석탄 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으며, 또한 고체연료는 바이오매스, 가연성 폐기물 등을 포함할 수 있다. 또한 본 실시예에서 고체연료는 이에 한정되지 않고 발열량을 갖는 고체연료로서 보일러연료로 사용될 수 있으면 그 종류가 제한되지 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 원료로 공급되는 고체연료는 그 크기가 상이하므로, 후술할 전처리유닛(130) 및 열처리유닛(140)에 투입되기 전에 고체연료의 평균입도를 낮춰야 한다. 이에 본 실시예에서는 고체연료를 분쇄하는 분쇄유닛(110)과 분쇄된 고체연료를 소정의 입도조건에 따라 분리하는 분리유닛(115)을 마련한다.
분쇄유닛(110)은 원료로 공급되는 고체연료를 분쇄한다. 이를 위해 분쇄유닛(110)은 고체연료를 분쇄하는 분쇄기(111)를 포함한다. 그리고 분쇄유닛(110)에 의해 분쇄된 고체연료는 인접하게 배치된 분리유닛(115)으로 투입된다.
고체연료의 입도조건은 전처리유닛(130)에서 고체연료에 바이오액을 함침 또는 코팅시키고 열처리유닛(140)에서 고체연료에 대한 건조 및 열처리효율을 증대시키기 위해 반드시 필요하다.
본 실시예에서 고체연료의 평균입도기준은 바람직하게는 6mm이하 일 수 있다. 평균입도기준을 초과한 분쇄된 고체연료는 분쇄기(111)에 재공급된다. 평균입도기준에 따라 고체연료를 분류하지 않으면 고체연료에 대한 함침 또는 코팅과 고체연료에 대한 균일한 건조 및 열처리효과를 얻기 힘들다.
분리유닛(115)에 의해 고체연료 중 입도가 6mm이하인 것과 6mm 초과 것이 분리되어 저장되며, 고체연료의 입도가 6mm를 초과하는 것은 전술한 바와 같이 분쇄기(111)에 재공급되어 분쇄될 수 있다.
한편, 고체연료의 입도가 6mm이하인 것은 저장유닛(118)에 저장된 후 후술할 전처리유닛(130)에 공급된다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 전처리유닛(130)은 고체연료에 바이오액을 분사함으로써, 바이오액을 고체연료에 함침 또는 코팅한다. 본 실시예에서 바이오액은 글루코스 및 자일로스를 포함한 액상성분 및/또는 리그닌을 포함한다. 전처리유닛(130)은 발열량이 낮은 저등급의 고체연료를 발열량이 높은 고체연료로 고품위화시킨다.
본 실시예에서 바이오액은 글루코스 및 자일로스를 포함하는 액상성분 및/또는 리그닌을 포함하는 액상성분을 이용하여 소정농도를 갖는 용액으로 생성된다.
바이오액의 농도는 전체 바이오액 용액 대비 투입되는 액상성분의 용액 비로서 나타내며, 0 초과 내지 1 미만일 수 있다. 바람직하게는 바이오액의 농도는 0.3 이상 내지 0.95 이하 일수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.5 이상 내지 0.9 이하일 수 있다.
바이오액의 농도가 0.9를 초과하면 바이오액을 분사함에 있어서 점도가 높아 분사에 어려움이 있으며, 0.5 미만이면 수분의 양이 많아 공정비가 많이 드는 문제점이 있다.
전처리유닛(130)은 고체연료가 투입되는 제1 본체부(131)와, 제1 본체부(131)의 내부에 마련되며 제1 본체부(131)에 투입된 고체연료에 바이오액을 분사하는 바이오액 분사부(132)와, 바이오액 분사부(132)에 연통되게 연결되어 바이오액 분사부(132)에 바이오액을 공급하는 바이오액 공급부(135)를 포함한다.
바이오액 분사부(132)는 제1 본체부(131)의 내부에 제1 본체부(131)의 길이방향으로 배치되며 바이오액을 분사하는 복수의 제1 분사노즐(133)이 설치된 적어도 하나의 바이오액 분사관(132)을 포함한다. 그리고 바이오액 공급부(135)는 바이오액이 저장된 바이오액 저장탱크(136)와, 바이오액 저장탱크(136)에 연결되며 바이오액 저장탱크(136)에 저장된 바이오액을 바이오액 분사관(132)에 공급하는 펌프(137)를 포함한다.
제1 본체부(131)는 소정의 속도로 회전하는 원통형의 로터리 킬른(kiln)으로 구성될 수 있다. 제1 본체부(131)는 제1 구동부(미도시)에 의해 시계 또는 반시계방향으로 회전되며, 제1 본체부(131)의 내벽을 타고 올라가는 고체연료가 안식각이 무너지면서 제1 본체부(131)의 내부에서 하방으로 낙하된다. 제1 본체부(131)가 회전되는 동안 고체연료는 제1 본체부(131)의 내부에서 회전되고 배출구측으로 이동된다.
또한 제1 본체부(131)의 내부에는 고체연료의 이동을 원활하게 하기 위해 복수의 낙하날개(미도시)가 마련된다. 낙하날개는 제1 본체부(131)의 내부에 투입된 고체연료의 이동을 원활하게 하는 이점이 있다.
낙하날개는 제1 본체부(131)의 회전에 따라 고체연료를 상부로 끌어올린 후 일정위치에서 하방으로 낙하시키며, 각각의 낙하날개는 서로 형상을 달리하고 고체연료를 낙하시키는 위치를 달리할 수 있다.
제1 본체부(131)의 회전과 낙하날개들에 의해 고체연료는 일정위치에서 낙하하는 것을 반복하는데 이는 폭포수가 떨어지는 것과 비슷한 모양으로 보이므로, 이를 캐스캐이드(Cascade)효과라고 한다. 고체연료가 상방으로 올라갔다 낙하하는 동작을 반복하면 고체연료의 표면이 노출되게 되며, 노출된 표면에 바이오액을 분사하여 고체연료에 바이오액을 균등하게 함침 또는 코팅한다.
즉, 제1 본체부(131)의 내부에서 고체연료가 이동되는 동안 바이오액 분사관(132)에 형성된 복수의 제1 분사노즐(133)을 통해 바이오액을 고체연료에 분사한다. 바이오액 분사관(132)은 제1 본체부(131)의 길이방향을 따라 관통되게 배치될 수 있으며, 바이오액 공급부(135)의 펌프(137)는 바이오액 분사관(132)에 바이오액을 공급하고 복수의 제1 분사노즐(133)을 통해 바이오액이 고체연료에 분사된다.
한편, 저장유닛(118)과 전처리유닛(130) 사이에는 저장유닛(118)에 저장된 고체연료를 전처리유닛(130)으로 이송하는 이송유닛(120)이 마련될 수 있다.
이송유닛(120)은 저장유닛(118)에 저장된 고체연료를 이송하는 제1 스크류피더(121)와, 제1 스크류피더(121)에 의해 이송된 고체연료가 담기는 버켓(bucket,123)과, 버켓(123)이 연결되며 버켓(123)을 높이방향으로 승강시키는 승강기(125)를 포함한다.
저장유닛(118)에 저장된 고체연료가 제1 스크류피더(121)에 공급되면 제1 스크류피터에 의해 고체연료는 버켓(123)방향 이송되어 버켓(123)에 담긴다. 고체연료가 버켓(123)에 담기는 경우에 버켓(123)은 승강기(125)의 하부에 위치되고 버켓(123)에 고체연료가 담기면 승강기(125)에 의해 버켓(123)은 높이방향으로 상승된 후 전처리유닛(130)의 제1 본체부(131)에 투입된다.
상기와 같이, 제1 본체부(131)가 회전되는 동안 고체연료는 제1 본체부(131)의 내부에서 회전되고 배출구측(즉, 후술할 열처리유닛(140)방향)으로 이동되며, 고체연료가 이동되는 동안 바이오액이 고체연료에 함침 또는 코팅된다.
그러나, 바이오액이 고체연료에 함침 또는 코팅되는 경우에 바이오액이 고체연료의 미세기공에 함침 또는 코팅되지만, 바이오액과 고체연료의 표면은 물과의 친화력이 높은 친수성이므로 대기 중의 수분 등이 흡수되어 고체연료의 품질이 저하되므로 이를 방지하기 위해 부가적인 공정이 필요하다. 따라서 바이오액이 함침 또는 코팅된 고체연료에 수분이 흡착되지 않도록 소수화공정이 수행될 수 있으며, 소수화공정은 바이오액이 함침 또는 코팅된 고체연료를 건조 및 열처리함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 제1 본체부(131)의 내부에서 바이오액이 함침 또는 코팅된 고체연료를 열처리유닛(140)으로 투입하여 건조 및 열처리한다.
또한, 전처리유닛(130)에서 배출된 바이오액이 함침 또는 코팅된 고체연료는 제2 스크류피더(190)에 의해 열처리유닛(140)으로 투입될 수 있다.
도 2 및 도 5 내지 도 7을 참조하면, 열처리유닛(140)은 바이오액이 함침 또는 코팅된 고체연료를 직접가열하여 건조 및 열처리한다.
열처리유닛(140)은 바이오액이 함침된 고체연료가 투입되는 제2 본체부(141)와, 제2 본체부(141)의 배출구측에 마련되어 후술할 재열증기 공급유닛(160)으로부터 공급받은 재열증기를 제2 본체부(141)의 내부에 분사하는 재열증기 분사부(142)를 포함한다.
제2 본체부(141)는 소정의 속도로 회전하는 원통형의 로터리 킬른(kiln)으로 구성될 수 있다. 제2 본체부(141)는 제2 구동부(미도시)에 의해 시계 또는 반시계방향으로 회전되며, 제2 본체부(141)의 내벽을 타고 올라가는 고체연료가 안식각이 무너지면서 제2 본체부(141)의 내부에서 하방으로 낙하된다. 제2 본체부(141)가 회전되는 동안 고체연료는 제2 본체부(141)의 내부에서 회전되고 배출구측으로 이동되면서 건조된다.
또한 제2 본체부(141)의 내부에는 고체연료의 이동을 원활하게 하기 위해 복수의 낙하날개(미도시)가 마련된다. 낙하날개는 제2 본체부(141)의 내부에 투입된 고체연료의 이동을 원활하게 하는 이점이 있다.
낙하날개는 제2 본체부(141)의 회전에 따라 고체연료를 상부로 끌어 올린 후 일정위치에서 하방으로 낙하시키며, 각각의 낙하날개는 서로 형상을 달리하고 고체연료를 낙하시키는 위치를 달리할 수 있다.
고체연료가 상방으로 올라갔다 낙하하는 동작을 반복하면 고체연료의 표면이 노출되게 되며, 노출된 표면에 재열증기가 접촉되면서 건조 및 열처리가 이뤄진다. 한편, 제2 구동부는 제2 본체부(141)의 외벽에 밀착되어 제2 본체부(141)를 회전시키는 롤러를 포함한다.
그리고 제2 본체부(141)의 내부에서 고체연료가 이동되는 동안 재열증기를 분사하여 재열증기를 직접가열하도록 제2 본체부(141)의 배출구측에 재열증기 분사부(142)가 마련된다. 재열증기 분사부(142)는 고체연료의 이동방향에 대향되게 재열증기를 분사한다. 재열증기 분사부(142)에서 제2 본체부(141)에 분사되는 재열증기는 300~500℃일 수 있다.
재열증기의 온도가 300~500℃로 유지되면, 고체연료에 열전달이 용이하며, 고체연료에 포함된 수분이 증발되어 배출되며 고체연료의 미세기공의 내부로 수분이 다시 흡착되는 것을 방지할 수 있어 고체연료의 수송 및 보관을 용이하게 할 수 있고 또한 고체연료의 발열량이 높은 고품위화 고체연료를 얻을 수 있다.
고체연료의 건조 및 열처리시 생성된 증기는 제2 본체부(141)의 내부압력 등을 측정하여 외부로 배출시키고 후술할 배출유닛(158)을 통해 외부로 배출시킨다.
300~500℃의 재열증기를 이용할 경우, 고체연료의 표면이 개질되어 친수성(親水性)에서 소수성(疏水性)으로 변환된다. 이는 고체연료가 대기 중에 노출되어 비 등의 수분에 직접 접촉되는 경우에도 다시 흡습되지 않아 외부 저장이 용이하다. 또한 고체연료가 소수성을 갖게 되면, 대기중에서 자연발화가 일어나는 것도 방지된다.
또한 상기와 같이 바이오액이 함침 또는 코팅된 고체연료를 열처리함으로써, 예를들어 저급탄을 재열증기를 이용한 열처리를 통해 고급탄의 열량특성을 갖도록 개질할 수 있다(도 9 참조). 따라서, 발전용 연료로 상기 개질된 고품위화된 석탄을 적용한다면 추가적으로 기존 발전설비에서 고급탄 활용 특성에 온실가스 등의 환경 부하를 저감할 수 있다.
또한, 건조 및 열처리된 고체연료는 발화온도가 올라가므로 자연발화가 발생되지 않는다(도 10 및 도 11 참조).
고체연료를 여름철에 외부에 적치하면 내부온도가 상승되어 자연발화가 일어날 수 있다. 하지만, 본 실시예에서와 같이 고체연료가 열처리유닛(140)의 내부에서 고온의 재열증기에 의해 건조 및 열처리되는 경우에 발화온도가 상승되므로 동일한 조건에 방치하여도 건조 및 열처리된 고체연료는 자연발화가 발생되지 않는다.
또한, 고체연료를 건조 및 열처리할 경우 고체연료의 표면이 소수성으로 변하여 수분 재흡착을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 고체연료의 표면이 소수성으로 개질될 시, 표면에 물방울을 떨어트렸을 때 표면과 물방울이 이루는 접촉각은 30°이상일 수 있다.
재열증기 분사부(142)는 일측 끝단에 재열증기 노즐(148)이 결합된 재열증기 유로를 복수 개 구비한 재열증기 공급부(143)와, 재열증기 노즐(148)이 인입되어 형성된 재열증기 분사판(144)과, 재열증기 유로와 결합되어 재열증기 분사판(144)의 중심축에 형성된 재열증기 메인노즐(145)을 포함한다.
또한 재열증기 분사부(142)는 재열증기 분사판(144)의 끝단 둘레를 따라 재열증기가 제2 본체부(141)의 중심방향으로 분사되도록 유도하는 재열증기 곡선형부재(146)와, 재열증기 곡선형부재(146) 및 재열증기 분사판(144) 끝단 사이에 형성되어 분사된 재열증기에 와류유동을 유도하는 재열증기 와류 성형부재(147)를 더 포함할 수 있다.
재열증기 노즐(148)의 분사압력은 100mmH2O에서 500mmH2O 사이인 것이 바람직하다. 이는 투입된 고체연료에는 고압의 재열증기를 고체연료에 직접 분사하게 되는데, 이때 발생하는 작은 알갱이 및 분진이 비산되어 후술할 불순물 제거유닛(150)으로 배출되므로 저압의 재열증기로 바꾸어 사용해야만 하기 때문이다.
한편, 열처리유닛(140), 즉 제2 본체부(141)에서 고체연료가 건조 및 열처리되는 동안 발생된 증기는 제2 본체부(141)에서 외부로 배출되는데, 제2 본체부(141)에서 배출되는 증기에 함유된 불순물은 불순물 제거유닛(150)에 의해 제거된다.
불순물 제거유닛(150)은 적어도 하나 이상의 사이클론(151)과, 사이클론(151)에 연통되게 연결된 적어도 하나의 백필터(152)를 포함할 수 있다. 그리고 불순물 제거유닛(150)을 통과한 증기는 재열증기 공급유닛(160)으로 공급된다. 불순물 제거유닛(150)을 통과한 증기를 재열증기 공급유닛(160)으로 공급 및 순환시키도록 불순물 제거유닛(150)의 후단에는 송풍유닛(155)이 마련된다.
그리고 불순물 제거유닛(150)을 통과한 증기 중 일부는 배출유닛(158)을 통해 외부로 배출된다. 불순물 제거유닛(150)을 통과한 증기는 고체연료 건조 및 열처리과정에서 발생된 증기가 더 포함하므로, 배출유닛(158)을 통해 건조 및 열처리과정에서 증가된 증기유량 만큼 과잉증기는 외부로 배출된다.
본 실시예에서 재열증기 공급유닛(160)에서 열처리유닛(140)으로 재열증기를 공급하는 경우에, 재열증기 내의 산소의 농도를 측정하여 산소농도가 5%이하가 될 때까지 예열한다. 예열이 완료되고 재열증기 내의 산소농도가 5%이하가 되면 열처리유닛(140)에 공급한다.
이처럼, 본 실시예에서는 열처리유닛(140), 불순물 제거유닛(150), 송풍유닛(155), 재열증기 공급유닛(160)이 밀폐된 순환 사이클로 에너지를 재활용하여 에너지 효율성을 증대시킬 수 있다.
그리고, 열처리유닛(140)에서 건조 및 열처리된 고체연료는 냉각유닛(170)으로 투입된다.
냉각유닛(170)은 건조 및 열처리된 고체연료가 투입되며 고체연료를 냉각시킨다.
냉각유닛(170)은 열처리유닛(140)에서 열처리된 고체연료가 투입되는 제3 본체부(171)와, 제3 본체부(171)를 감싸도록 배치되는 자켓부(172)와, 제3 본체부(171)와 자켓부(172) 사이에 마련되며 제3 본체부(171)의 외면에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부(176)와, 자켓부(172)의 하부에 마련되며 냉각수 분사부(176)에서 분사된 냉각수를 냉열 공급유닛(180)으로 순환시키도록 자켓부(172)의 배출구(175)를 통해 배출된 냉각수를 저장하는 저장수조(178)를 포함한다. 그리고 냉각수 분사부(176)는 제3 본체부(171)와 자켓부(172) 사이에 제3 본체부(171)의 길이방향으로 배치되며 냉각수를 분사하는 복수의 제2 분사노즐(177)이 설치된 적어도 하나의 냉각수 분사관(176)을 포함한다.
제3 본체부(171)는 소정의 속도로 회전하는 원통형의 로터리 킬른(kiln)으로 구성될 수 있다.
제3 본체부(171)는 제3 구동부(미도시)에 의해 시계 또는 반시계방향으로 회전하며, 제3 본체부(171)의 내벽을 타고 올라가는 고체연료가 안식각이 무너지면서 제3 본체부(171)의 내부에서 하방으로 낙하된다.
제3 본체부(171)가 회전되는 동안 고체연료는 제3 본체부(171)의 내부에서 회전되고 배출구(175)측으로 이동되면서 냉각된다.
또한 제3 본체부(171)의 내부에는 고체연료의 이동을 원활하게 하기 위해 복수의 낙하날개(미도시)가 마련된다. 낙하날개는 제3 본체부(171)의 내부에 투입된 고체연료의 이동을 원활하게 하는 이점이 있다.
낙하날개는 제3 본체부(171)의 회전에 따라 고체연료를 상부로 끌어올린 후 일정위치에서 하방으로 낙하시키며, 각각의 낙하날개는 서로 형상을 달리하고 고체연료를 낙하시키는 위치를 달리할 수 있다. 고체연료가 상방으로 올라갔다 낙하하는 동작을 반복하면 고체연료의 표면이 노출되게 되며, 제3 본체부(171)의 내부온도에 의해 냉각이 촉진된다.
그리고 제3 본체부(171)의 내부에서 고체연료가 이동되는 동안 제3 본체부(171)를 냉각하여 제3 본체부(171) 내의 고체연료를 냉각시킨다. 즉, 자켓부(172)에 냉각수를 공급하여 제3 본체부(171)를 냉각함으로써 고체연료를 간접냉각하는 방식으로 고체연료를 냉각시킨다.
자켓부(172)는 제3 본체부(171)를 감싸되 제3 본체부(171)의 외벽 사이에 냉각공간(S)을 형성하는 하우징(173)과, 하우징(173)의 상부에 마련되며 냉열 공급유닛(180)으로 공급되는 냉각수가 유입되는 유입구(174)와, 하우징(173)의 하부에 마련되고 유입구(174)에 대향되게 배치되며 냉각공간(S)을 통과한 냉각수가 배출되는 배출구(175)를 포함한다.
그리고 제3 본체부(171)와 자켓부(172) 사이의 냉각공간(S)에 제3 본체부(171)의 길이방향으로 복수의 제2 분사노즐(177)이 설치된 적어도 하나의 냉각수 분사관(176)이 배치된다. 냉열 공급유닛(180)에서 공급된 냉각수는 자켓부(172)의 유입구(174)를 통해 냉각수 분사관(176)으로 공급된 후 복수의 제2 분사노즐(177)에서 냉각공간(S)에 분사된다.
냉열 공급유닛(180)에서 공급되는 냉각수는 유입구(174)를 통해 유입되고 냉각수 분사관(176)을 통해 분사된 후 하우징(173)의 내부에 마련된 냉각공간(S)을 거쳐 하우징(173)의 하부에 마련된 배출구(175)를 통해 배출된다.
냉각수가 하우징(173)의 냉각공간을 냉각하여 제3 본체부(171)의 외표면을 냉각하면 열전달에 의해 제3 본체부(171)의 내부의 온도가 하강되고 제3 본체부(171)의 내부에 투입된 고체연료를 냉각시킨다.
그리고 하우징(173)의 배출구(175)에서 배출된 냉각수는 저장수조(178)에 저장된 후 냉열 공급유닛(180)으로 공급되어 순환된다.
한편, 냉각유닛(170)에서 냉각된 고체연료는 제3 스크류피더(195)에 의해 외부로 배출될 수 있다.
저등급인 원재료 석탄(Raw cola)과 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템(100)에 의한 고품위화된 석탄(upgrading coal)을 비교하면 다음과 같다.
도 9는 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템에 의한 고체연료의 처리 전 및 처리 후의 공업분석, 원소분석, 고위발열량 및 저위발열량 값을 나타내는 표이고, 도 10은 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템에 의한 고체연료 처리 전의 자연발화(연소)온도를 나타내는 그래프이고, 도 11은 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템에 의한 고체연료 처리 후의 자연발화(연소)온도를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템(100)을 이용하는 경우에, 처리 전 수분함량이 각각 30 wt%, 26.19wt%인 원재료 석탄을 건조 및 열처리하여 수분함량이 각각 0.46wt%, 0.83wt%인 고품위화된 석탄을 획득하였다. 또한, 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템(100)을 이용하는 경우에, 처리 전 원재료 석탄의 고위발열량 및 저위발열량 대비 처리 후 고품위화된 석탄의 고위발열량 및 저위발열량이 향상됨을 확인하였다.
또한 본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템(100)을 이용하는 경우에, 원재료 석탄의 자연발화온도(spontaneous combustion temperature)가 처리 전 163℃(도 10 참조)에서 처리 후 고품위화된 석탄의 자연발화온도가 214℃(도 11 참조)로 높이지므로, 연료를 저장 및 수송하는 과정에서 자연발화의 위험성을 낮출 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
[부호의 설명]
100: 고체연료 재열증기 처리시스템 110: 분쇄유닛
111: 분쇄기 115: 분리유닛
118: 저장유닛 120: 이송유닛
121: 제1 스크류피더 123: 버켓
125: 승강기 130: 전처리유닛
131: 제1 본체부 132: 바이오액 분사부
135: 바이오액 공급부 136: 바이오액 저장탱크
137: 펌프 140: 열처리유닛
141: 제2 본체부 142: 재열증기 분사부
143: 재열증기 공급부 144: 재열증기 분사판
145: 재열증기 메인노즐 146: 재열증기 곡선형부재
147: 재열증기 와류 성형부재 148: 재열증기 노즐
150: 불순물 제거유닛 151: 사이클론
152: 백필터 155: 송풍유닛
158: 배출유닛 160: 재열증기 공급유닛
170: 냉각유닛 171: 제3 본체부
172: 자켓부 176: 냉각수 분사부
178: 저장수조 180: 냉열 공급유닛
190: 제2 스크류피더 195: 제3 스크류피더
본 발명에 따른 고체연료 재열증기 처리시스템은 저등급의 고체연료를 발열량이 향상된 고품위화된 고체연료로 변환시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 고체연료가 투입되며, 상기 고체연료에 바이오액을 분사하여 상기 고체연료에 상기 바이오액을 함침시키는 전처리유닛;
    상기 바이오액이 함침된 상기 고체연료가 투입되며, 상기 바이오액이 함침된 상기 고체연료를 열처리하는 열처리유닛;
    상기 열처리유닛에 투입된 상기 고체연료를 직접가열하도록, 상기 열처리유닛에 재열증기를 공급하는 재열증기 공급유닛;
    상기 열처리유닛에서 열처리된 상기 고체연료가 투입되며, 상기 고체연료를 냉각시키는 냉각유닛; 및
    상기 냉각유닛에 투입된 상기 고체연료를 냉각하도록, 상기 냉각유닛에 냉열을 공급하는 냉열 공급유닛을 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전처리유닛은,
    상기 고체연료가 투입되는 제1 본체부;
    상기 제1 본체부의 내부에 마련되며, 상기 제1 본체부에 투입된 상기 고체연료에 상기 바이오액을 분사하는 바이오액 분사부; 및
    상기 바이오액 분사부에 연통되게 연결되어 상기 바이오액 분사부에 상기 바이오액을 공급하는 바이오액 공급부를 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바이오액 분사부는,
    상기 제1 본체부의 내부에 상기 제1 본체부의 길이방향으로 배치되며 상기 바이오액을 분사하는 복수의 제1 분사노즐이 설치된 적어도 하나의 바이오액 분사관을 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 본체부는 소정의 속도로 회전하는 원통형의 로터리 킬른으로 구성되는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열처리유닛은,
    상기 바이오액이 함침된 상기 고체연료가 투입되는 제2 본체부; 및
    상기 제2 본체부의 배출구측에 마련되어 상기 재열증기 공급유닛으로부터 공급받은 재열증기를 상기 제2 본체부의 내부에 분사하는 재열증기 분사부를 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 재열증기 분사부는,
    일측 끝단에 재열증기 노즐이 결합된 재열증기 유로를 복수 개 구비한 재열증기 공급부;
    상기 재열증기 노즐이 인입되어 형성된 재열증기 분사판; 및
    상기 재열증기 유로와 결합되어 상기 재열증기 분사판의 중심축에 형성된 재열증기 메인노즐을 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 재열증기 분사부는,
    상기 재열증기 분사판의 끝단 둘레를 따라 재열증기가 상기 제2 본체부의 중심방향으로 분사되도록 유도하는 재열증기 곡선형부재; 및
    상기 재열증기 곡선형부재 및 상기 재열증기 분사판 끝단 사이에 형성되어 분사된 재열증기에 와류유동을 유도하는 재열증기 와류 성형부재를 더 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유닛은,
    상기 열처리유닛에서 열처리된 상기 고체연료가 투입되는 제3 본체부;
    상기 제3 본체부를 감싸도록 배치되는 자켓부; 및
    상기 제3 본체부와 상기 자켓부 사이에 마련되며, 상기 제3 본체부의 외면에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부를 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각수 분사부는,
    상기 제3 본체부와 상기 자켓부 사이에 상기 제3 본체부의 길이방향으로 배치되며 상기 냉각수를 분사하는 복수의 제2 분사노즐이 설치된 적어도 하나의 냉각수 분사관을 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 냉각유닛은,
    상기 자켓부의 하부에 마련되며, 상기 냉각수 분사부에서 분사된 상기 냉각수를 상기 냉열 공급유닛으로 순환시키도록 상기 자켓부의 배출구를 통해 배출된 상기 냉각수를 저장하는 저장수조를 더 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 열처리유닛에서 배출되는 증기에 함유된 불순물을 제거하는 불순물 제거유닛;
    상기 불순물 제거유닛을 통과한 증기를 상기 재열증기 공급유닛으로 순환시키는 송풍유닛; 및
    상기 송풍유닛을 통과한 증기 중 상기 열처리유닛에서 상기 고체연료를 열처리하는 동안 생성된 증기유량 만큼을 배출하는 배출유닛을 더 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 불순물 제거유닛은,
    적어도 하나 이상의 사이클론; 및
    상기 사이클론에 연통되게 연결된 적어도 하나 이상의 백필터를 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 고체연료를 분쇄하는 분쇄유닛;
    상기 분쇄유닛에서 분쇄된 평균입도가 6mm 이내인 상기 고체연료를 분리하는 분리유닛; 및
    상기 분리유닛에서 분리된 상기 고체연료를 저장하는 저장유닛을 더 포함하며,
    상기 저장유닛에 저장된 상기 고체연료를 상기 전처리유닛에 투입하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 저장유닛과 상기 전처리유닛 사이에 마련되어 상기 저장유닛에 저장된 상기 고체연료를 상기 전처리유닛으로 이송하는 이송유닛을 더 포함하는 고체연료 재열증기 처리시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이송유닛은,
    상기 저장유닛에 저장된 상기 고체연료를 이송하는 제1 스크류피더;
    상기 제1 스크류피더에 의해 이송된 상기 고체연료가 담기는 버켓; 및
    상기 버켓이 연결되며 상기 버켓을 높이방향으로 승강시키는 승강기를 포함하며,
    상기 버켓은 상기 승강기에 의해 상승되며, 상승된 상기 버켓에 담긴 상기 고체연료는 상기 전처리유닛에 투입되는 고체연료 재열증기 처리시스템.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110179703A1 (en) * 2009-09-25 2011-07-28 Auburn University Biomass to biochar conversion in subcritical water
KR101195416B1 (ko) * 2012-02-29 2012-10-29 한국에너지기술연구원 바이오매스 유래 탄소성분이 코팅된 고발열량 하이브리드 석탄 및 그 제조방법
KR101598576B1 (ko) * 2013-11-05 2016-03-02 (주)동명기계 액상 바이오메스의 함침에 의한 저급탄 고품위화 제조장치 및 제조방법
KR101695702B1 (ko) * 2015-07-09 2017-01-23 한국에너지기술연구원 2세대 바이오 매스의 6탄당을 이용한 저등급 석탄의 고품위화 방법
KR101860037B1 (ko) * 2016-08-09 2018-05-30 동원중공업(주) 과열증기를 이용한 고체연료 스팀 건조 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110179703A1 (en) * 2009-09-25 2011-07-28 Auburn University Biomass to biochar conversion in subcritical water
KR101195416B1 (ko) * 2012-02-29 2012-10-29 한국에너지기술연구원 바이오매스 유래 탄소성분이 코팅된 고발열량 하이브리드 석탄 및 그 제조방법
KR101598576B1 (ko) * 2013-11-05 2016-03-02 (주)동명기계 액상 바이오메스의 함침에 의한 저급탄 고품위화 제조장치 및 제조방법
KR101695702B1 (ko) * 2015-07-09 2017-01-23 한국에너지기술연구원 2세대 바이오 매스의 6탄당을 이용한 저등급 석탄의 고품위화 방법
KR101860037B1 (ko) * 2016-08-09 2018-05-30 동원중공업(주) 과열증기를 이용한 고체연료 스팀 건조 시스템

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