KR101542237B1 - 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소재가 연소되는 과정에서 발생한 용융 비산회를 냉각시켜 고체화함으로써 가스배출구 내주면에 용융 비산회가 흡착되어 가스배출구의 관로가 폐색되지 않도록 한 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치에 관한 것이다.
이를 위해, 연소재가 연소되는 몸체와, 상기 몸체의 상부에 설치되며 몸체에서 연소된 연소재로부터 발생한 합성가스가 배출되는 가스배출구를 포함하는 석탄 가스화기의 가스배출구 외주면에 설치되며, 상기 가스배출구 내부의 온도를 저하시켜 몸체로부터 가스배출구를 향해 비산된 용융 비산회를 고체화시키는 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치에 있어서, 상기 가스배출구 외주면에는 둘레를 따라 복수의 가스유입공이 형성되며, 상기 가스배출구 외주면을 감싸되, 상기 가스 유입공에 대응된 복수의 냉각공이 형성된 냉각관과, 냉각관의 내부로 냉각가스가 유입되는 관로를 형성하는 유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치를 제공한다.

Description

석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치{Molten fly ash cooling device for coal gasification}

본 발명은 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소재가 연소되는 과정에서 발생한 용융 비산회를 냉각하여 고체화함으로써, 가스배출구에 용융 비산회가 흡착되지 않도록 한 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가스화기는 석탄 또는 중유의 탄화수소 연료를 사용하여 전력, 화학 물질, 산업용 가스를 생산하는 고효율 청정설비이다.

상기 가스화기 내부에서의 가스화를 통하여 생성되는 가스는 수소와 일산화탄소를 90%이상 함유한 합성가스이며, 이 가스를 사용하기 위하여 가스 중에 포함된 석탄재와 H2S 가스를 제거하게 된다.

한편, 합성가스 생성을 위해 가스화기에 공급되는 연료 중에 포함된 연소 재와 중금속 물질은 가스화기 하부를 통하여 배출되도록 구성하고 있다.

그리고, 석탄을 가스화하여 많은 양의 합성가스를 생산하기 위해서는 석탄이 합성가스로 전환하는 효율을 높여야 하며, 이를 위해서는 석탄 가스화기를 고온 고압의 반응 조건으로 유지해야 한다.

일반적인 분류층 가스화기의 경우 가스화기 반응 온도를 석탄 회분 용융점 이상 (1200~1600 ℃)으로 유지하여 반응의 효율을 높이는 동시에 회분을 낮은 점도의 용융 슬래그로 전환하여 제거한다.

그러나 종래의 석탄 가스화기는 생산된 합성가스 내 용융 비산회가 용융 슬래그와 함께 제거되지 못하고 비산 유출되어 가스화기의 가스배출구 내주면에 흡착되는 문제가 있었다.

이와 같이 가스화기의 가스배출구 내주면에 비산회가 지속적으로 흡착됨에 따라, 상기 가스배출구의 관로는 폐색되며, 이로 인해 열 회수 효율과 전체 공정의 효율을 감소시키는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1172788호 대한민국 공개특허 제2011-0046900호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 합성가스가 배출되는 가스배출구 외주면에 냉각가스 주입장치를 설치하여 가스배출구를 향해 비산된 용융 비산회의 냉각을 유도함으로써 가스배출구 내주면에 용융 비산회의 흡착으로 인한 가스배출구의 폐색이 발생하지 않도록 한 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 연소재가 연소되는 몸체와, 상기 몸체의 상부에 설치되며 몸체에서 연소된 연소재로부터 발생한 합성가스가 배출되는 가스배출구를 포함하는 석탄 가스화기의 가스배출구 외주면에 설치되며, 상기 가스배출구 내부의 온도를 저하시켜 몸체로부터 가스배출구를 향해 비산된 용융 비산회를 고체화시키는 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치에 있어서, 상기 가스배출구 외주면에는 둘레를 따라 복수의 가스유입공이 형성되며, 상기 가스배출구 외주면을 감싸되, 상기 가스 유입공에 대응된 복수의 냉각가스공이 형성된 냉각관과, 냉각관의 내부로 냉각가스가 유입되는 관로를 형성하는 유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치를 제공한다.

이때, 상기 가스배출구는, 몸체의 상부에 형성된 가스배출지역과, 가스배출지역의 상부에 형성된 냉각지역으로 이루어지며, 상기 가스유입공은 냉각지역에 형성되고, 냉각관은 냉각지역의 외주면에 설치된 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스유입공 및 냉각가스공은 가스배출구의 내부를 향해 경사지게 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치는 다음과 같은 효과가 있다.

몸체의 내부에서 연소된 연소재로부터 발생한 용융 비산회를 냉각하여 고체화시킴으로써 고체화된 용융 비산회는 가스배출구의 내주면에 흡착되지 못하고 하방으로 낙하되어 몸체의 하부에 형성된 슬래그 배출구를 통해 빠져나가게 된다.

이에 따라, 용융 비산회의 흡착으로 인한 가스배출구 유로의 폐색은 방지되어 석탄 가스화기에 대한 안정적인 운용이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치가 석탄 가스화기에 설치된 상태를 나타낸 분해사시도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치가 석탄 가스화기에 설치된 상태를 나타낸 측단면도
도 3은 도 2의 I-I선 단면도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치에 대하여 설명하도록 한다.

석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치는 석탄 가스화기에서 연소재가 연소되는 과정에서 발생한 용융 비산회를 냉각하여 고체화시킴으로써, 용융 비산회가 가스배출구 내주면에 흡착되지 않도록 한 기술적 특징이 있다.

먼저, 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치가 설치되는 석탄 가스화기에 대하여 설명하면 다음과 같다.

석탄 가스화기는 석탄 등의 연소재를 연소하여 가스 에너지를 생산하며, 몸체(10)와, 가스배출구(20)와, 슬래그 배출구(30)를 포함한다.

몸체(10)는 연소재를 연소하여 가스를 생산하며, 가스배출구(20)는 몸체(10)에서 생산된 가스가 배출되는 부위이다.

그리고, 슬래그 배출구(30)는 몸체(10)의 하부에 형성되며, 연소되고 남은 슬래그를 처리하기 위해 몸체(10)의 내부로부터 슬래그가 배출되는 부위이다.

한편, 상기 가스배출구(20)는 몸체(10)의 상부에 형성되되, 가스배출지역(21)과 냉각지역(22)으로 구분됨이 바람직하다.

가스배출지역(21)은 몸체(10)의 상부에 형성되며, 몸체(10)로부터 생산된 가스가 배출되는 관로를 형성한다.

이때, 효율적인 가스 배출을 위하여, 가스배출지역(21)은 몸체(10)로부터 상방으로 갈수록 점점 관로가 좁아지게 형성됨이 바람직하다.

그리고, 냉각지역(22)은 몸체(10)에서 연소된 연소재로부터 발생한 용융 비산회가 냉각되는 지역으로서, 가스배출지역(21)의 상부에 형성된다.

즉, 냉각지역(22)은 가스가 배출되는 관로를 형성함과 동시에, 용융 비산회가 가스배출구(20)의 내주면에 흡착되지 않도록 상기 용융 비산회의 냉각이 이루어지는 지역이다.

이때, 냉각지역(22)을 구성하는 가스배출구(20)의 외주면에는 둘레를 따라 복수의 가스유입공(23)이 형성된다.

가스유입공(23)은 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치로부터 유입된 냉각가스가 가스배출구(20)의 내부로 유입되는 통로이다.

이때, 가스유입공(23)은 가스배출구(20)의 내부를 향해 경사지게 형성됨이 바람직하다.

이는, 가스배출구(20) 내부로 유입된 냉각가스의 유체 흐름이 가스배출구(20)의 내주면을 따라 회전되면서 와류가 형성되도록 하기 위함이다.

즉, 가스배출구(20) 내부에서의 냉각가스로 생성된 와류에 의해 밀도가 높은 용융슬래그가 벽면으로 분리되고 냉각되어 고체화시켜서 내부 벽면으로의 융착을 막아주기 위한 목적인 것이다.

석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치는 석탄 가스화기의 가스배출구(20)를 향해 냉각가스를 유입시키는 역할을 하며, 냉각관(40)과, 유입관(50)을 포함한다.

냉각관(40)은 유입관(50)으로부터 유입된 냉각가스가 가스배출구(20)의 내부로 유입되는 관로를 형성하며, 가스배출구(20)의 외주면을 감싸도록 설치된다.

정확하게는, 냉각관(40)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가스배출구(20)의 냉각지역(22) 외주면을 감싸도록 설치된 링 형태로 이루어진다.

이때, 냉각관(40)에는 복수의 냉각공(41)이 형성되며, 상기 냉각공(41)은 가스배출구(20)에 형성된 가스유입공(23)에 대응된다.

냉각공(41)은 유입관(50)을 통해 유입된 냉각가스가 냉각관(40)을 따라 가스유입공(23)으로 유입되는 통로이며, 가스유입공(23)과 동일한 방향으로 경사지게 형성된다.

이는, 전술한 바와 같이, 냉각가스에 대한 와류형성을 위함이다.

다음으로, 유입관(50)은 냉각관(40)의 일측으로부터 외측으로 돌출되도록 연장되어 형성되며, 냉각관(40)으로 냉각가스가 유입되는 관로를 형성한다.

이때, 유입관(50)은 냉각관(40)에 일체로 형성되며, 냉각관(40)에 동일한 위치에 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 유입관(50)은 냉각가스를 공급하는 별도의 냉각가스 공급장치(미도시)에 연결된다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치를 이용한 석탄 가스화기의 용융 비산회를 냉각시키는 작용에 대하여 설명하도록 한다.

연소재 공급장치(미도시)로부터 연소재가 석탄 가스화기의 몸체(10) 내부로 유입된다.

몸체(10) 내부로 유입된 연소재는 몸체(10)의 내부에서 연소되면서 합성 가스를 생산하며, 생산된 합성 가스는 몸체(10) 상부의 가스배출구(20)를 통해 배출된다.

한편 가스가 배출되는 과정에서, 연소재로부터 고온의 용융 비산회가 발생되는데, 상기 용융 비산회 역시 가스배출구(20)를 향해 비산된다.

이때, 용융 비산회 냉각장치의 유입관(50)을 통해 냉각가스가 유입되며, 유입된 냉각가스는 냉각관(40)의 냉각공(41)을 통해 가스배출구(20)의 가스유입공(23)을 통해 가스배출구(20)의 냉각지역(22)으로 유입된다.

이때, 냉각가스는 가스배출구(20)의 내주면을 따라 회전되면서 와류를 형성함에 따라, 가스배출구의 냉각지역(22) 내부의 온도는 급속도로 저하된다.

이에 따라, 가스배출구(20)를 향해 비산되는 고온의 용융 비산회는 냉각되어 고체화되면서 더 이상 비산되지 못하고 하방으로 낙하되어 슬래그 배출구(30)를 통해 배출이 된다.

이와 같은 일련의 과정을 거치면서 석탄 가스화기로부터 가스가 생산되어 별도의 장소로 배출되며, 가스가 생산되는 과정에서 연소재로부터 발생한 용융 비산회는 가스배출구(20)의 냉각지역(22)을 거치면서 냉각되어 고체화되면서 하방으로 배출되기 때문에 가스배출구(20)가 폐색되는 일은 발생하지 않게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치는 석탄 가스화기로부터 가스가 생산되는 과정에서 연소재로부터 발생한 용융 비산회를 냉각하여 고체화시키는 기술적 특징이 있다.

이에 따라, 가스배출구의 내주면에 용융 비산회가 흡착되는 일은 발생하지 않으므로, 가스배출구의 관로가 폐색되는 일은 발생하지 않아 석탄 가스화기에 대한 안정적인 운용이 이루어질 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 몸체 20 : 가스배출구
21 : 가스배출지역 22 : 냉각지역
23 : 가수유입공 30 : 슬래그 배출구
40 : 냉각관 41 : 냉각공
50 : 유입관

Claims (3)

1. 연소재가 연소되는 몸체;
   상기 몸체의 상부에 설치되며, 몸체에서 연소된 연소재로부터 발생한 합성가스가 배출되는 관로를 형성하되, 둘레면에는 내부를 향해 경사지게 형성된 가스유입공이 형성되며, 몸체로부터 상방으로 살수록 점점 관로가 좁아지게 형성된 가스배출구;
   상기 가스배출구 외주면을 감싸되, 상기 가스 유입공에 대응되며 상기 가스 유입공의 경사진 방향과 동일 방향으로 경사지게 형성된 복수의 냉각공이 형성된 냉각관;
   상기 냉각관의 내부로 냉각가스가 유입되는 관로를 형성하는 유입관:을 포함하여 구성된 석탄 가스화기용 용융 비산회 냉각장치.
   
   
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