KR20190134771A - 가스화 버너 - Google Patents

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KR20190134771A
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수안추 첸
동 마
진준 구오
얀 장
콴 조우
지홍 게
쉐지 장
콩빈 지앙
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창젱 엔지니어링 씨오., 엘티디.
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Abstract

주요 버너(1)를 포함하는 가스화 버너로서, 주요 버너의 내측에는 N 레벨의 보조 버너(2)가 제공되며, N은 1 이상의 정수이며, 주요 버너(1) 및 각 레벨의 보조 버너(2)에는 각각 독립적인 연료 통로 및 산화제 통로가 제공되며; 주요 버너(1) 및 각 레벨의 보조 버너(2)는 바깥쪽에서 안쪽으로 동축으로 슬리브된 구조로서 형상화되며; 주요 버너(1)의 내부 직경은 제1 레벨의 보조 버너의 외부 직경보다 크며, 각 레벨의 보조 버너의 내부 직경은 이 아래의 레벨의 보조 버너의 외부 직경보다 크며; 이는 연료와 산화제가 제한된 반응 공간 및 체류 시간 내에 충분하고 균일하게 혼합됨을 보장할 수 있으며, 연소 반응 속도를 가속화시켜, 장치의 연료 전환률 및 가스화 성능을 개선시킬 수 있으며; 동시에, 주요 버너 및 각 레벨의 보조 버너의 부하를 조절함으로써 가스화 장치의 부하를 감소시키지 않으면서 화염 형상을 융통성 있게 조절할 수 있으며, 이에 의해 가스화로의 과열을 효과적으로 방지하며; 본 발명이 프로젝트 현장의 다양한 생산 부하 요건에 맞춰질 수 있는, 가스화 버너.

Description

가스화 버너
본 발명은 석탄용의 고온 및 고압 가스화 장비의 기술 분야, 특히, 가스화 버너에 관한 것이다.
현재, 고온 및 고압 석탁 가스화 분야에서, 산업용 적용 공정의 석탄 가스화 플랜트는 일반적으로 가스 챔버 또는 버너의 가열된 면의 국소 과열 또는 심지어 삭마, 낮은 연료 전환률 등과 같은 문제점을 가지며, 이는 가스화 플랜트의 작업의 안전성, 안정성, 경제성에 심각한 영향을 끼치며; 상기 문제점에 대한 주요 원인 중 하나는, 가스화 챔버에서의 작은 반응 공간 및 가스화 챔버에서의 연료 입자와 산화제의 짧은 체류 시간으로 인해, 연료 입자 및 산화제가 제한된 공간 및 시간에서 적절하게 블렌딩되거나 균일하게 혼합되지 않아 과도한 국소적 산소 대 석탄 비율을 초래함으로써, 가스화 챔버 또는 버너의 가열된 면의 국소적 과열 또는 심지어 삭마를 초래하며; 연료의 일부는 산화제와 충분히 접촉되지 않으며, 따라서, 가스화 반응에 효과적으로 관여할 수 없어 낮은 연료 전환률을 발생시키며; 또한, 가스화 챔버 또는 버너의 가열된 면의 국소적 과열을 완화시키기 위해, 작업자는 가스화 플랜트의 작업 부하를 감소시켜 화염 형상을 조절해야 하며, 이는 가스화 장치의 온도 및 압력의 감소를 유도하고, 가스화 반응의 진행을 저해하며, 이에 의해 연료의 전환률이 추가로 감소된다.
기존의 석탄 가스화 기술에서, 흔히 사용되는 Texaco 및 GSP 가스화 버너는 일방(one-way) 연료 채널이며, 이는 버너의 노즐에서 연료와 산화제 간의 작은 접촉면, 및 이들 간의 균일하나 불충분한 혼합을 발생시키며, 이에 의해 쉽게 과열, 삭마 및 낮은 연료 전환률의 상기 언급된 문제들로 쉽게 이어진다. 또한, 버너로 도입되는 연료 및 산화제의 양을 감소시키는 수단 이외에, 버너는 화염 형상을 조절하는데 효과적인 다른 수단이 결여되어 있다. 또한, 4개의 독립적인 버너는 원주 방향을 따라 연소 챔버의 특정 평면에 균일하게 배치되어 대향류 접선 화염 구조를 형성한다. 이러한 구조가 연료 및 산화제의 블렌딩 정도를 부분적으로 향상시키지만, 이는 또한, 버너를 높은 정밀도로 장착시켜야 하며, 작업이 복잡하며, 구조가 화염 형상을 조절하게 하기 위한 수단 및 방법이 매우 제한적이라는 문제점을 갖는다.
따라서, 가스화 버너는 종래의 상기 문제점을 해결해야 한다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 가스화 플랜트의 작업의 안전성, 안정성, 경제성에 심각하게 영향을 끼치는 기존의 석탁 가스화 플랜트의 일반적인 문제점, 예컨대, 연료와 산화제가 제한된 반응 공간 및 체류 시간에서 균일하게 블렌딩되지 않는다는 점, 가열된 면의 국소 과열 또는 심지어 삭마, 낮은 연료 전환률을 해소하기 위한 가스화 버너를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 주요 버너, 및 주요 버너의 내측에 배치된 N-스테이지 서브-버너를 포함하는 가스화 버너로서, N은 1 이상의 정수이며, 주요 버너 및 각 스테이지의 서브-버너는 각각 독립적인 연료 채널 및 산화제 채널을 가지며; 주요 버너 및 각 스테이지의 서브-버너는 바깥쪽에서 안쪽으로 동축 슬리브에 배치되며; 주요 버너의 내부 직경은 제1 스테이지의 서브-버너의 외부 직경보다 크며, 각 스테이지의 서브-버너의 내부 직경은 이의 다음 스테이지의 서브-버너의 외부 직경보다 큰, 가스화 버너를 제공한다.
임의적으로, 주요 버너는 바깥쪽에서 안쪽으로 동축으로 배치된 주요 외부 튜브 및 주요 내부 튜브를 포함하며, 주요 외부 튜브와 주요 내부 튜브는 주요 커버 플레이트에 의해 연결되며; 주요 외부 튜브의 내벽과 주요 내부 튜브의 외벽 간의 환형 공간은 주요 연료 채널을 구성하며; 주요 내부 튜브의 내벽과 제1 스테이지의 서브-버너의 외벽 사이의 환형 공간은 주요 산화제 채널을 구성하며; 주요 연료 유입구는 주요 외부 튜브의 측벽 또는 주요 커버 플레이트 상에 배치되며; 주요 산화제 유입구는 주요 내부 튜브의 측벽 상에 배치된다.
선택적으로, 주요 버너의 본체에는 가스화로 본체에 연결되는 주요 본체 탑재 플랜지가 제공되며; 주요 버너의 말단부에는 제1 스테이지의 서브-버너에 연결된 주요 말단부 탑재 플랜지가 제공된다.
임의적으로, 각 스테이지의 서브-버너는 바깥쪽에서 안쪽으로 동축으로 배치된 서브-외부 튜브 및 서브-내부 튜브를 각각 포함하며, 서브-외부 튜브와 서브-내부 튜브는 서브-커버 플레이트에 의해 연결되며; 서브-외부 튜브의 내벽과 서브-내부 튜브의 외벽 사이의 환형 공간은 서브-연료 채널을 구성하며; 서브-내부 튜브의 내벽과 이의 다음 스테이지의 서브-버너의 외벽 사이의 환형 공간, 또는 마지막 스테이지의 서브-내부 튜브의 내벽의 내부 공간은 서브-산화제 채널을 구성하며; 서브-연료 유입구는 서브-외부 튜브의 측벽 또는 서브-커버 플레이트 상에 배치되며; 서브-산화제 유입구는 서브-내부 튜브의 측벽 상에 배치된다.
선택적으로, 서브-버너의 본체에는 주요 버너에 연결된 서브-본체 탑재 플랜지가 제공되며; 서브-버너의 말단부에는 이의 다음 스테이지의 서브-버너에 연결된 서브-말단부 탑재 플랜지가 제공되거나, 마지막 스테이지의 서브-버너의 말단부에는 외부 연결 장비(예를 들어, 블라인드 플랜지, 점화 장치 및/또는 화염 모니터링 장치) 및 외부 연결 장비에 연결된 서브-말단부 탑재 플랜지가 제공된다. 이러한 방식으로, 가스화 버너의 완전 자동 점화 및 화염 모니터링 제어 기능이 실현될 수 있다.
임의적으로, 주요 버너 및 각 스테이지의 서브-버너는 각 탑재 플랜지에 의해 전체적으로 연결된다.
선택적으로, 주요 외부 튜브, 주요 내부 튜브, 서브-외부 튜브 및 서브-내부 튜브 모두에는 냉각제 자켓이 제공되며, 냉각제 자켓에는 냉각제 유입구 및 냉각제 유출구 각각이 제공된다. 이러한 방식으로, 버너의 헤드의 노변(fireside) 표면의 삭마 저항이 강화될 수 있으며, 버너의 사용 수명이 연장될 수 있다.
선택적으로, 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널에는 연료 이송 튜브가 각각 제공된다. 선택적으로, 1 내지 6개 연료 이송 튜브는 단일 연료 채널에 동시에 배치될 수 있다.
선택적으로, 연료 이송 튜브의 유출구는 소용돌이 구조이며; 바람직하게는, 연료 이송 튜브는 접선으로 또는 원주로 균일하게 분포되며, 개별 연료 이송 튜브는 수평 접선의 직선형 튜브 또는 수직 나선형 튜브이다.
구체적으로, 1 내지 6개 연료 이송 튜브는 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널 각각에 배치되며; 연료 이송 튜브는 수평 접선의 직선형 튜브이며, 연료 이송 튜브는 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널의 접선 방향을 따라 모두 배치되며, 복수의 연료 이송 튜브는 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널의 접선 방향을 따라 균일하게 분포되며; 대안적으로, 연료 이송 튜브는 모두 수직 나선형 튜브이며, 연료 이송 튜브는 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널의 원주 방향을 따라 배치되며, 복수의 연료 이송 튜브는 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널의 원주를 따라 균일하게 분포된다.
이러한 방식으로, 소용돌이 구조는 연료의 접선 속도를 증가시킬 수 있으며, 연료와 산화제의 블렌딩을 촉진할 수 있다.
선택적으로, 가스 소용돌이 장치는 주요 산화제 채널 및 서브-산화제 채널의 유출구에 각각 배치된다. 이러한 방식으로, 산화제의 접선 속도는 증가될 수 있으며, 산화제와 연료의 블렌딩이 촉진될 수 있다.
선택적으로, 주요 연료 채널과 주요 산화제 채널의 공간적 위치는 상호교환가능하며, 서브-연료 채널과 서브-산화제 채널의 공간적 위치는 상호교환가능하다. 바람직하게는, 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널, 및 주요 산화제 채널 및 서브-산화제 채널은 버너의 방사상 방향을 따라 순차적으로 교대로 예를 들어, 연료-산화제-연료-산화제... 또는 산화제-연료-산화제-연료...로 바깥쪽으로부터 안쪽으로 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 연료 및 산화제의 매칭된 공간적 배치는 가스화 챔버의 온도 필드(temperature field) 및 스트림 필드(stream field)의 설계 요건에 따라 달성될 수 있다. 또한, 특정 스테이지의 버너의 연료 채널로부터 분사되는 연료는 동일한 스테이지의 버너의 산화제 채널로부터 분사되는 산화제 및 인접 버너의 산화제 채널로부터 분사되는 산화제 둘 모두와 접촉될 수 있으며, 이는 연료와 산화제의 접촉면을 추가로 증가시키고, 연료와 산화제의 충분한 균일한 혼합을 보장하며, 연소 반응 속도를 가속화시키고, 연료의 전환률 및 가스화 성능을 개선시킨다.
선택적으로, 주요 버너 및 각 스테이지의 서브-버너는 서로 독립적이며, 서로 소통되지 않으며, 독립적으로 작동되며; 대안적으로, 주요 버너 및 각 스테이지의 서브-버너는 조합되어 일체로 작동된다. 이러한 방식으로, 가스화 플랜트의 작업의 융통성 및 경제성은 향상될 수 있으며, 가스화 설비의 안전성 및 안정성을 보장한다는 전제하에 가스화 플랜트의 작업 부하는 프로젝트 현장의 다양한 생산 요건을 충족시키기 위해 작업에 투입되는 서브-버너의 수를 증가시키고 감소시킴으로써 매우 융통성 있게 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 하기 이점을 갖는다:
본 발명에 따른 가스화 버너는 기존의 석탁 가스화 플랜트에서 가스화 플랜트의 작업의 안전성, 안정성, 경제성에 심각하게 영향을 끼치는 일반적인 문제점, 예컨대, 연료와 산화제가 제한된 반응 공간 및 체류 시간에서 균일하게 블렌딩되지 않는다는 점, 가열된 면의 국소 과열 또는 심지어 삭마, 낮은 연료 전환률을 해소할 수 있다.
주요 버너와 N-스테이지의 서브-버너는 바깥쪽으로부터 안쪽으로 동축 슬리브에 배치되며, 교차 조합으로 동축으로 연속적으로 배치될 수 있는 독립적인 연료 가스 채널 및 산화제 채널을 가지며, 주요 버너 및 N-스테이지의 서브-버너는 개별적으로 또는 조합되어 작동될 수 있다. 상기 조합된 특징을 갖는 가스화 버너는 동일한 총 물질 투입량 하에 제한된 가스화 챔버 반응 공간 및 체류 시간으로 가스화 버너에서 연료 채널 및 산화제 채널의 수를 증가시킴으로써 연료와 산화제의 접촉면을 효과적으로 증가시킬 수 있으며, 이는 연료와 산화제의 충분하고 균일한 혼합을 보장하며, 연소 반응 속도를 가속화시키며, 연료 전환률 및 가스화 성능을 개선시키며; 두 번째로, 주요 버너 및 각 스테이지의 서브-버너의 부하를 조절함으로써, 즉, 주요 버너와 각 스테이지의 서브-버너 간의 물질 투입량 비율을 적절하게 조절함으로써, 총 물질 투입량이 일정하다는 전제하에 연소 화염 형상을 융통성 있게 조절할 수 있으며, 이는 가스화 챔버에 맞는 스트림 필드 및 온도 필드를 실현시키고, 가스화 부하의 저하 없이 가스화 챔버의 국소 과열과 같은 불리한 작업 조건을 해소한다는 목적을 달성하며; 최종적으로, 주요 버너 및 각 스테이지의 서브-버너가 전체로서 합동하여 작동하는 경우, 작업에 투입되는 서브-버너의 수를 증가 또는 감소시킴으로써 가스화 플랜트의 작동 부하는 프로젝트 현장의 다양한 생산 요건을 충족시키기 위해 크게 조절될 수 있다.
또한, 가스화 버너의 수냉 자켓 구조의 배치는 버너 헤드의 노변 표면의 삭마 저항상을 향상시킬 수 있으며, 버너의 사용 수명을 연장시킬 수 있다. 연료 공급선 및 산화제 공급선의 소용돌이 구조의 배치는 연료와 산화제의 접선 속도를 증가시킬 수 있으며, 추가로 연료와 산화제의 블렌딩 균일성을 향상시킬 수 있으며, 제한된 반응 공간 및 체류 시간에서 가스화 플랜트의 반응 속도, 연료 전환률 및 가스화 성능을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스화 버너의 구조의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가스화 버너의 구조의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 가스화 버너의 부분 I의 부분 확대도이다.
도면에서, 1은 주요 버너이며, 2는 서브-버너이며, 3은 주요 외부 튜브이며, 4는 주요 내부 튜브이며, 5는 주요 커버 플레이트이며, 6은 주요 연료 채널이며, 7은 주요 산화제 채널이며, 8은 주요 연료 유입구이며, 9는 주요 산화제 유입구이며, 10은 주요 본체 탑재 플랜지이며, 11은 주요 말단부 탑재 플랜지이며, 12는 서브-외부 튜브이며, 13은 서브-내부 튜브이며, 14는 서브-커버 플랜트이며, 15는 서브-연료 채널이며, 16은 서브-산화제 채널이며, 17은 서브-연료 유입구이며, 18은 서브-산화제 유입구이며, 19는 서브-본체 탑재 플랜지이며, 20은 서브-말단부 탑재 플랜지이며, 21은 냉각제 자켓이며, 22는 냉각제 유입구이며, 23은 냉각제 유출구이며, 24는 연료 이송 튜브이며, 25는 가스 소용돌이 장치이며, 26은 주요 연료 유출구이며, 27은 주요 산화제 유출구이며, 28은 서브-연료 유출구이며, 29는 서브-산화제 유출구이다.
구체예
하기 실시예는 본 발명을 예시하고자 하는 것이나, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
도 1 내지 도 3에 도시된 가스화 버너는 주요 버너(1), 및 주요 버너(1)의 내측에 배치된 N-스테이지 서브-버너(2)를 포함하며, N은 1 이상의 정수이며, 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)는 독립적인 연료 채널 및 산화제 채널을 각각 가지며; 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)는 바깥쪽에서 안쪽으로 동축 슬리브에 배치되며, 주요 버너(1)의 내부 직경은 제1 스테이지의 서브-버너(2)의 외부 직경보다 크며, 각 스테이지의 서브-버너(2)의 내부 직경은 이의 다음 스테이지의 서브-버너(2)의 외부 직경보다 크다.
도 1은 주요 버너(2) 및 서브-버너(2)로 구성된 조합 가스화 버너를 보여주며, 즉, 서브-버너(2)의 갯수 N은 1임을 주목해야 한다.
본 실시예에서 가스화 버너로서, 연료 및 산화제가 분사되는 가스화 버너는 동일한 총 물질 투입량 하에 동일한 가스화 챔버 반응 공간 및 체류 시간하에 가스화 버너의 연료 채널 및 산화제 채널의 수를 증가시킴으로써 연료와 산화제의 접촉면을 효과적으로 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 연료 및 산화제의 충분하고 균일한 혼합을 보장하며, 연소 반응 속도를 가속화시키며, 연료 전환률 및 가스화 성능을 개선시킬 수 있으며; 총 물질 투입량이 일정하다는 전제하에, 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)의 부하를 조절함으로써, 즉, 주요 버너(1)와 각 스테이지의 서브-버너(2) 간의 물질 투입량 비율을 적절하게 조절함으로써, 가스화 챔버에 맞는 스트림 필드 및 온도 필드가 연소 화염의 형상을 융통성 있게 조절하도록 조직화될 수 있으며, 이에 의해 가스화 부하를 감소시키지 않으면서 가스화로와 같은 가스화 챔버의 국소 과열을 피할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2
가스화 버너는 실시예 1의 가스화 버너와 유사하나, 단 주요 버너(1)는 바깥쪽으로부터 안쪽으로 동축으로 배치된 주요 외부 튜브(3) 및 주요 내부 튜브(4)를 포함하며, 주요 외부 튜브(3) 및 주요 내부 튜브(4)는 주요 커버 플레이트(5)에 의해 연결되며; 주요 외부 튜브(3) 및 주요 내부 튜브(4)는 특정 두께를 갖는 스테인리스 강철 튜브 또는 니켈-기반 합금 튜브이며, 연료 또는 산화제의 내부 및 외부 튜브 벽과 접촉시 연료 또는 산화제의 압력을 견딜 수 있으며; 주요 외부 튜브(3)의 내벽과 주요 내부 튜브(4)의 외벽 사이의 환형 공간은 주요 연료 채널(6)을 구성하며; 주요 내부 튜브(4)의 내벽과 제1 스테이지 서브-버너(2)의 외벽 사이의 환형 공간은 주요 산화제 채널(7)을 구성하며; 주요 연료 유입구(8)는 주요 외부 튜브(3)의 측벽 또는 주요 커버 플레이트(5) 상에 배치되며; 주요 산화제 유입구(9)는 주요 내부 튜브(4)의 측벽 상에 배치된다.
바람직하게는, 서브-버너(2)의 각 스테이지는 바깥쪽으로부터 안쪽으로 동축 배치된 서브-외부 튜브(12) 및 서브-내부 튜브(13)를 각각 포함하며, 서브-외부 튜브(12) 및 서브-내부 튜브(13)는 서브-커버 플레이트(14)에 의해 연결되며; 서브-외부 튜브(12) 및 서브-내부 튜브(13)는 특정 두께를 갖는 스테인리스 강철 튜브 또는 니켈-기반 합금 튜브이며, 연료와 산화제의 내부 및 외부 튜브 벽과 접촉시 연료 또는 산화제의 압력을 견딜 수 있으며; 서브-외부 튜브(12)의 내벽과 서브-내부 튜브(13)의 외벽 사이의 환형 공간은 서브-연료 채널(15)을 구성하며; 서브-내부 튜브(13)의 내벽과 이의 다음 스테이지의 서브-버너(2)의 외벽 사이의 환형 공간, 또는 마지막 스테이지 서브-내부 튜브(13)의 내벽의 내부 공간은 서브-산화제 채널(16)을 구성하며; 서브-연료 유입구(17)는 서브-외부 튜브(12)의 측벽 또는 서브-커버 플레이트(14) 상에 배치되며; 서브-산화제 유입구(18)는 서브-내부 튜브(13)의 측벽에 배치된다.
실시예 3
가스화 버너는 실시예 2의 가스화 버너와 유사하나, 단 주요 버너(1)의 본체에는 가스화로 본체에 연결된 주요 본체 탑재 플랜지(10)가 제공되며; 주요 버너(1)의 말단부에는 제1 스테이지의 서브-버너(2)에 연결된 주요 말단부 탑재 플랜지(11)가 제공된다.
바람직하게는, 서브-버너의 본체에는 주요 버너(1)에 연결된 서브-본체 탑재 플랜지(19)가 제공되며; 서브-버너(2)의 말단부에는 이의 다음 스테이지의 서브-버너(2)에 연결된 서브-말단부 탑재 플랜지(20)가 제공되거나, 마지막 스테이지의 서브-버너(2)의 말단부에는 외부 연결 장비에 연결된 서브-말단부 탑재 플랜지(20)가 제공된다.
외부 연결 장비는 블라인드 플랜지, 점화 장치 및/또는 화염 모니터링 장치 등일 수 있음을 주목해야 한다. 이러한 방식으로, 가스화 버너의 완전 자동 점화 및 화염 모니터링 제어 기능이 실현될 수 있다.
바람직하게는, 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)는 각 탑재 플랜지에 의해 일체로 연결된다.
주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)는 바깥쪽으로부터 안쪽으로 동축 슬리브에 배치되며, 서로 독립적이며, 서로 소통되지 않음이 주목되어야 한다. 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)는 합동하여 작동하도록 플랜지를 탑재시킴으로써 전체로서 조합될 수 있거나 독립적으로 작동하도록 분리된 개체로 나누어질 수 있다. 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)가 합동으로 작동하는 경우, 가스화 부하 및 화염 형상은 작동시 투입되는 서브-버너(2)의 수를 증가시키거나 감소시킴으로써 융통성 있게 조절될 수 있다.
실시예 4
가스화 버너는 실시예 3의 가스화 버너와 유사하나, 단 주요 외부 튜브(3), 주요 내부 튜브(4), 서브-외부 튜브(12) 및 서브-내부 튜브(13) 모두에 냉각제 자켓(21)이 제공되며, 냉각제 자켓(21)에는 냉각제 유입구(22) 및 냉각제 유출구(23)가 각각 제공된다. 이러한 방식으로, 버너의 헤드의 노변 표면(도 2 및 도 3에 도시된 부분 I)의 삭마 저항이 강화될 수 있으며, 버너의 사용 수명이 연장될 수 있다.
바람직하게는, 냉각제 자켓(21)에는 냉각제가 제공되며, 냉각제는 냉각 매질이다. 냉각제는 냉각제 유입구(22)로부터 냉각제 자켓(21)으로 흐르며, 버너로부터 냉각제 유출구(23)로부터 배출된다.
바람직하게는, 냉각 매질은 물이다.
실시예 5
가스화 버너는 실시예 4의 가스화 버너와 유사하나, 단 주요 연료 채널(6) 및 서브-연료 채널(15)에는 연료 이송 튜브(24)가 각각 제공된다. 연료 이송 튜브의 유출구는 소용돌이 구조이다. 이러한 방식으로, 소용돌이 구조는 연료의 접선 속도를 증가시킬 수 있으며, 연료와 산화제의 블렌딩을 촉진할 수 있다.
바람직하게는, 1 내지 6개의 연료 이송 튜브는 단일 연료 채널에 배치될 수 있으며, 접선으로 또는 원주로 균일하게 분포될 수 있으며, 단일 연료 이송 튜브(24)는 수평 접선의 직선 튜브 또는 수직 나선형 튜브이다.
구체적으로, 1 내지 6개 연료 이송 튜브(24)는 주요 연료 채널(6) 및 서브-연료 채널(15) 각각에 배치되며; 연료 이송 튜브(24)는 수평 접선의 직선형 튜브이며, 연료 이송 튜브(24)는 주요 연료 채널(6) 및 서브-연료 채널(15)의 접선 방향을 따라 모두 배치되며, 복수의 연료 이송 튜브(24)는 주요 연료 채널(6) 및 서브-연료 채널(15)의 접선 방향을 따라 균일하게 분포되며; 대안적으로, 연료 이송 튜브(24)는 모두 수직 나선형 튜브이며, 연료 이송 튜브(24)는 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널(15)의 원주 방향을 따라 배치되며, 복수의 연료 이송 튜브(24)는 주요 연료 채널(6) 및 서브-연료 채널(15)의 원주를 따라 균일하게 분포된다.
실시예 6
가스화 버너는 실시예 5의 가스화 버너와 유사하나, 단 가스 소용돌이 장치(25)가 주요 산화제 채널(7) 및 서브-산화제 채널(16)의 유출구에 각각 배치된다. 이러한 방식으로, 산화제의 접선 속도는 증가될 수 있으며, 산화제와 연료의 블렌딩이 촉진될 수 있다.
실시예 7
가스화 버너는 실시예 6의 가스화 버너와 유사하나, 단 주요 연료 채널(6) 및 주요 산화제 채널(7)의 공간적 위치는 상호교환가능하며, 서브-연료 채널(15) 및 서브-산화제 채널(16)의 공간적 위치는 상호교환가능하다.
주요 버너(1) 및 N 서브-버너(2)(N은 1 이상의 정수임)를 갖는 조합된 가스화 버너는 각 라인 매체에 대한 버너의 방사상 방향을 따라 2N+1 배치를 가짐을 주목해야 한다. 주요 버너(1) 및 N-스테이지 서브-버너(2)(N은 1 이상의 정수임)를 갖는 조합된 가스화 버너에 있어서, 유량이 독립적으로 조절될 수 있는 연료 및 산화제의 N+1 군이다. 각 라인 연료는 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)에서 연료 유입구(8, 17)로부터 이들의 각 연료 채널(6 및 15)에 유입되며, 연료 채널의 유출구(26, 28)로부터 가스화 챔버 내로 주입되며, 유출구(26, 28)에서 연료의 속도 범위는 1~30 m/s이며; 각 라인 산화제는 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)에서 산화제 유입구(9 및 18)로부터 이들의 각 산화제 채널(7 및 16)에 유입되며, 산화제 채널의 유출구(27, 29)로부터 가스화 챔버 내로 주입되며, 유출구(27, 29)에서 산화제의 속도는 10~300 m/s이다. 버너의 유출구에서, 분사된 각 라인 연료는 인접한 산화제와 완전히 접촉하여 혼합되며, 가스화 반응이 발생하여 합성 가스를 발생시킨다. 가스화 압력은 1~10 MPa이며, 가스화 온도는 1200~1800℃이다.
바람직하게는, 주요 연료 채널(6)은 주요 산화제 채널(7)의 외측 또는 내측에 배치될 수 있으며, 서브-연료 채널(15)은 서브-산화제 채널(16)의 외측 또는 내측에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널, 및 주요 산화제 채널 및 서브-산화제 채널은 바깥쪽으로부터 안쪽으로 버너의 방사상 방향을 따라 교대로, 즉, 연료-산화제-연료-산화제...또는 산화제-연료-산화제-연료...로 배치되며, 특정 스테이지 버너의 연료 채널의 유출구로부터 분사된 연료는 동일한 스테이지 버너의 산화제 채널의 유출구로부터 분사된 산화제 및 인접한 버너의 산화제 채널로부터 분사된 산화제 둘 모두와 접촉될 수 있으며, 이에 의해 연료와 산화제의 접촉면을 추가로 증가시킬 수 있다.
실시예 8
가스화 버너는 실시예 7의 가스화 버너와 유사하나, 단 주요 연료 채널(6) 및 서브-연료 채널(15)에는 연료가 각각 제공된다.
바람직하게는, 연료는 석탄 또는 석탄 슬러리이다.
바람직하게는, 연료는 가연성 고체 미립자 연료, 액체 연료 및 가스 연료 중 하나 이상의 혼합물이다.
실시예 9
가스화 버너는 실시예 8의 가스화 버너와 유사하나, 단 주요 산화제 채널(7) 및 서브-산화제 채널(16)에는 산화제가 각각 제공된다.
바람직하게는, 산화제는 산소 또는 공기이거나, 산소 또는 공기 또는 이들의 혼합물 및 수증기 또는 CO2 또는 이들의 혼합물을 혼합함으로써 수득된다.
요약하면, 본 발명에 따른 가스화 버너에 있어서, 유량이 독립적으로 조절될 수 있는 연료 및 산화제의 두 군이 존재한다. 주요 버너(1)의 연료는 주요 연료 유입구(8)를 통해 주요 연료 채널(6)에 유입되며, 서브-버너(2)에 대한 연료는 서브-연료 유입구(17)를 통해 서브-연료 채널(15)에 유입되며, 연료는 이들의 각 연료 채널 유출구(26, 28)로부터 가스화 챔버 내로 주입되며, 유출구(26, 28)에서 연료 속도는 1~30 m/s이며; 상응하게는, 주요 버너(1)에 대한 산화제는 주요 산화제 유입구(9)를 통해 주요 산화제 채널(7)에 유입되며, 서브-버너(2)에 대한 산화제는 서브-산화제 유입구(18)를 통해 서브-산화제 채널(16)에 유입되며, 산화제는 이들의 각 산화제 채널 유출구(27, 29)로부터 가스화 챔버 내로 주입되며, 유출구(27, 29)에서 가스화제의 속도는 10~300 m/s이다. 가스화 버너 유출구(26, 27, 28, 29)에서, 주요 버너(1)에 대한 연료, 주요 버너(1)에 대한 산화제, 서브-버너(2)에 대한 연료 및 서브-버너(2)에 대한 산화제는 바깥쪽으로부터 안쪽으로 순차적으로 분포된다. 각 채널의 상기 연료는 완전히 접촉되며, 인접한 산화제와 혼합되며, 가스화 반응이 발생하여 합성 가스를 생성시킨다. 가스화 압력은 1~10 MPa이며, 가스화 온도는 1200~1800℃이다. 동일한 총 물질 투입량 및 가스화 챔버 반응 공간 하에, 본 발명에 따른 가스화 버너는 연료의 단일 채널만을 갖는 가스화 버너와 비교하여 동일한 가스화 챔버 반응 공간에서 연료 채널 및 산화제 채널의 수를 증가시킴으로써 연료와 산화제의 접촉면을 효과적으로 증가시키며, 서브-버너(2)로부터 분사되는 연료는 주요 버너(1)와 서브-버너(2)로부터 분사되는 산화제와 동시에 접촉되어 이들의 접촉면을 추가로 증가시키며, 연료와 산화제의 완전하고 균일한 혼합을 보장하며, 연소 반응 속도를 가속화시키며, 장치의 가스화 성능 및 연료 전환률을 개선시킨다. 또한, 총 물질 투입량이 일정하다는 전제하에, 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2)의 부하를 조절함으로써, 즉, 주요 버너(1) 및 각 스테이지의 서브-버너(2) 간의 물질 투입량의 비율을 적절하게 조절함으로써 가스화 챔버에 맞는 스트림 필드 및 온도 필드를 조직화하여 연소 화염의 형상을 융통성 있게 조절할 수 있어, 가스화 부하를 감소시키지 않으면서 가스화 챔버의 국소 과열과 같은 불리한 조건을 해소하는 목적을 달성한다. 게다가, 주요 버너(1)와 서브-버너(2)의 연료 채널과 산화제 채널의 공간적 위치는 상호교환가능하며, (외측으로부터 내측으로) 버너의 방사상 방향을 따라 각 라인 매체의 배치는 하기 4가지 유형을 갖는다: 연료-산화제-연료-산화제, 산화제-연료-연료-산화제, 연료-산화제-산화제-연료, 산화제-연료-산화제-연료. 도 1에 도시된 가스화 버너는 단지 주요 버너(1) 및 하나의 서브-버너(2)로 구성되며, 본 발명의 가스화 버너는 서브-버너(2)의 내측 상의 제2-스테이지 서브-버너(2)에 동축으로 슬리브 연결되며, 제2-스테이지 버너(2)의 내측 상의 제3-스테이지 서브-버너(2)에 동축으로 슬리브 연결되며, 적용 동안 서브-버너(2)의 말단부에 서브-말단부 탑재 플랜지를 탑재시킴으로써 슬리브에서 다음 스테이지 서브-버너(2)의 수가 적용 요건을 충족시킬 때까지 계속된다. 총 물질 투입량이 일정하다는 조건하에 슬리브의 서브-버너(2)의 수가 증가함에 따라, 버너의 유출구에서 연료와 산화제의 접촉면이 추가로 증가되며; 다른 한편으로, 주요 버너와 각 스테이지의 서브-버너가 작업에 투입되는 서브-버너의 수를 증가시키거나 감소시킴으로써 전체로서 합동하여 작동하는 경우, 가스화 플랜트의 작업 부하는 프로젝트 현장의 다양한 생산 요건을 충족시키기 위해 크게 조절될 수 있다. 주요 버너(1) 및 임의의 스테이지의 서브-버너(2)는 또한 조합된 가스화 버너로부터 분리될 수 있으며 개별로 독립적으로 작동될 수 있다. 가스화 버너에 대한 연료는 미분탄 또는 석탄 슬러리이며, 산화제는 산소 또는 공기, 또는 이들의 수증기, 이산화탄소 등과의 혼합물이다. 이러한 조합된 가스화 버너는 또한, 연료로서 다른 가연성 고체 미립자, 액체, 가스 가연성 물질을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 가스화 버너는 주로 상기 언급된 개선 사항을 거치며, 언급되지 않은 다른 기능, 구성요소 및 구조는 필요할 때 구현하기 위해 종래의 상응하는 기능을 실현할 수 있는 구성요소 및 구조를 채택할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 일반적 설명 및 구체예와 상세히 설명되었지만, 본 발명에 대한 변형 또는 개선이 본 발명에 기초하여 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 이러한 변형 또는 개선이 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 이루어지며, 본 발명의 범위내에 속하는 것으로 의도된다.

Claims (12)

  1. 주요 버너를 포함하는 가스화 버너로서, N-스테이지 서브-버너가 상기 주요 버너의 내측에 배치되며, 여기에서 N은 1 이상의 정수이며, 상기 주요 버너 및 상기 각 스테이지의 서브-버너는 각각 독립적인 연료 채널 및 산화제 채널을 가지며; 상기 주요 버너 및 상기 각 스테이지의 서브-버너는 바깥쪽에서 안쪽으로 동축 슬리브에 배치되며; 상기 주요 버너의 내부 직경은 제1 스테이지의 서브-버너의 외부 직경보다 크며, 상기 각 스테이지의 서브-버너의 내부 직경은 이의 다음 스테이지의 서브-버너의 외부 직경보다 큼을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  2. 제1항에 있어서, 주요 버너가 바깥쪽에서 안쪽으로 동축으로 배치되는 주요 외부 튜브 및 주요 내부 튜브를 포함하며, 주요 외부 튜브와 주요 내부 튜브는 주요 커버 플레이트에 의해 연결되며; 주요 외부 튜브의 내벽과 주요 내부 튜브의 외벽 사이의 환형 공간은 주요 연료 채널을 구성하며; 주요 내부 튜브의 내벽과 제1 스테이지의 서브-버너의 외벽 사이의 환형 공간은 주요 산화제 채널을 구성하며; 주요 연료 유입구는 주요 외부 튜브의 측벽 또는 주요 커버 플레이트 상에 배치되며; 주요 산화제 유입구는 주요 내부 튜브의 측벽에 배치됨을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  3. 제2항에 있어서, 주요 버너의 본체에는 가스화로 본체에 연결되는 주요 본체 탑재 플랜지가 제공되며; 주요 버너의 말단부에는 제1 스테이지의 서브-버너에 연결되는 주요 말단부 탑재 플랜지가 제공됨을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  4. 제1항에 있어서, 각 스테이지의 서브-버너가 바깥쪽에서 안쪽으로 동축으로 배치되는 서브-외부 튜브 및 서브-내부 튜브를 각각 포함하며, 서브-외부 튜브와 서브-내부 튜브는 서브-커버 플레이트에 의해 연결되며; 서브-외부 튜브의 내벽과 서브-내부 튜브의 외벽 사이의 환형 공간은 서브-연료 채널을 구성하며; 서브-내부 튜브의 내벽과 이의 다음 스테이지의 서브-버너의 외벽 사이의 환형 공간, 또는 마지막 스테이지의 서브-내부 튜브의 내벽의 내부 공간은 서브-산화제 채널을 구성하며; 서브-연료 유입구는 서브-외부 튜브의 측벽 또는 서브-커버 플레이트 상에 배치되며; 서브-산화제 유입구는 서브-내부 튜브의 측벽에 배치됨을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  5. 제4항에 있어서, 서브-버너의 본체에는 주요 버너에 연결되는 서브-본체 탑재 플랜지가 제공되며; 서브-버너의 말단부에는 이의 다음 스테이지의 서브-버너에 연결되는 서브-말단부 탑재 플랜지가 제공되거나, 마지막 스테이지의 서브-버너의 말단부에는 외부 연결 장비(예를 들어, 블라인드 플랜지, 점화 장치 및/또는 화염 모니터링 장치) 및 외부 연결 장비에 연결되는 서브-말단부 탑재 플랜지가 제공됨을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  6. 제5항에 있어서, 주요 버너 및 각 스테이지의 서브-버너가 각 탑재 플랜지에 의해 전체적으로 연결됨을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 주요 외부 튜브, 주요 내부 튜브, 서브-외부 튜브 및 서브-내부 튜브 모두에 냉각제 자켓이 제공되며, 상기 냉각제 자켓에 냉각제 유입구 및 냉각제 유출구 각각이 제공됨을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  8. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 연료 이송 튜브가 주요 연료 채널 및 서브-연료 채널에 각각 배치되며; 바람직하게는, 1 내지 6개의 연료 이송 튜브가 단일 연료 채널에 배치될 수 있음을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  9. 제8항에 있어서, 연료 이송 튜브의 유출구가 소용돌이 구조이며; 바람직하게는, 상기 연료 이송 튜브는 접선으로 또는 원주로 균일하게 분포되며, 단일 연료 이송 튜브는 수평 접선의 직선형 튜브 또는 수직 나선형 튜브임을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  10. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 가스 소용돌이 장치가 주요 산화제 채널 및 서브-산화제 채널의 유출구에 배치됨을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  11. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 주요 연료 채널 및 주요 산화제 채널의 공간적 위치가 상호교환적이며, 서브-연료 채널 및 서브-산화제 채널의 공간적 위치가 상호교환적이며; 바람직하게는, 상기 주요 연료 채널과 상기 서브-연료 채널, 및 상기 주요 산화제 채널과 상기 서브-산화제 채널은 버너의 방사상 방향을 따라 순차적으로 교대로 배치될 수 있음을 특징으로 하는, 가스화 버너.
  12. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 주요 버너 및 각 스테이지의 서브-버너가 서로 독립적이며, 서로 소통되지 않으며, 독립적으로 작동되거나; 상기 주요 버너 및 상기 각 스테이지의 서브-버너가 전체로서 합동하여 작동됨을 특징으로 하는, 가스화 버너.
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