KR101483566B1

KR101483566B1 - Gasifying burner and synthesis gas conversion apparatus with the same

Info

Publication number: KR101483566B1
Application number: KR20130116523A
Authority: KR
Inventors: 채태영; 양원; 이은도; 김영두; 이재욱
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-01-16

Abstract

The present invention relates to a gasifying burner and a synthesis gas conversion apparatus using same. The present invention includes a plurality of stream units that respectively inject a liquid fuel or a solid slurry fuel, a gasifying agent, a coolant or a refrigerant, and pure oxygen. A combustion reaction is performed for synthesis gas conversion by mixing between the injected fuel and the gasifying agent. According to the present invention, the liquid fuel or the solid slurry fuel is atomized and sprayed, the fuel and the gasifying agent are easily mixed for reaction, and the coolant is used to prevent a thermal nozzle tip deformation and gasifying burner overheating.

Description

[0001] Description [0002] GASIFYING BURNER AND SYNTHESIS GAS CONVERSION APPARATUS WITH THE SAME [0003]

본 발명은 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중유나 저급 오일과 같은 액체 연료 또는 미립화하여 슬러리로 만든 고체 연료를 합성가스로 전환하는 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gasification burner and a syngas conversion device using the gasification burner, and more particularly to a gasification burner for converting a liquid fuel such as heavy oil or low- &Lt; / RTI >

액체 연료를 가스화(gasifying) 또는 크래킹(cracking)하여 다른 형태의 연료로 전환하는 기술은 화학공정에서 비교적 오랜 역사를 가진 기술이다. The technology of gasifying or cracking liquid fuels into other types of fuels is a relatively long-standing technology in chemical processes.

근래에는 사용되는 액체 연료가 점점 다변화되고 있는 추세로서, 폐식용유 등과 같은 폐유, 그리고 바이오매스를 열분해하여 얻은 바이오 열분해 오일, 저급 석탄 슬러리(slurry) 등으로 연료가 확장되고 있다. In recent years, as the liquid fuel to be used is becoming more and more diversified, waste fuel such as waste cooking oil, bio-pyrolysis oil obtained by pyrolyzing biomass, and low-grade coal slurry are expanding the fuel.

이들 연료들을 가스화하면, 일산화탄소, 수소, 메탄 등으로 이루어진 합성가스(syngas)를 얻게 되며, 이들 연료들을 촉매 등을 사용하여 변환하면 고가의 액상 또는 가스 연료나 화학물질(chemical)을 얻을 수 있다. When these fuels are gasified, syngas composed of carbon monoxide, hydrogen, methane and the like are obtained. By converting these fuels with a catalyst or the like, expensive liquid or gaseous fuels or chemicals can be obtained.

특히, 최근에는 저급의 액상 연료에서 다양한 고부가 제품(product)를 얻어내는 복합 발전(polygeneration) 시스템의 중요성이 대두되면서 가스화 기술의 중요성은 더욱 높아지고 있다.In particular, recently, the importance of a polygeneration system for obtaining a variety of high value-added products from low-grade liquid fuels has become important, and the importance of gasification technology is increasing.

가스화 기술의 경우, 연료가 대부분 고체인 경우가 많고, 이 경우 고정층, 유동층, 분류층 등의 방법을 사용한다. In the case of the gasification technology, the fuel is mostly solid in many cases. In this case, a method such as a fixed layer, a fluidized bed, and a classification bed is used.

이 중에서 분류층은 고체 연료를 미분화하여 공기, 산소, 스팀 또는 이들 가스들의 혼합물인 가스화제(gasifying agent)와 반응시켜 가스화한다. Among them, the fractionation layer decomposes the solid fuel to gasify it by reacting with air, oxygen, steam or a mixture of these gases with a gasifying agent.

액상 연료를 가스화하는 경우에도 대부분 분류층을 사용하는데, 고상 연료 분류층 가스화와 다른 점은 고상 연료의 경우 연료를 미분화하여 투입하는 반면, 액상 연료를 노즐을 통해 미립화하여 반응기에 공급한다는 점이다. In the case of gasification of the liquid fuel, the classification layer is mostly used. The difference from the gasification of the solid fuel fractionation layer is that the solid fuel is injected into the reactor while the liquid fuel is atomized through the nozzle.

이러한 액상 연료 또는 고상 연료를 미립화하여 슬러리로 만든 연료의 경우, 이들을 분무시켜 가스화제와 반응시키는 버너의 설계가 매우 중요하다.In the case of a fuel prepared by atomizing a liquid fuel or a solid fuel into a slurry, it is very important to design the burner to spray the liquid fuel or the solid fuel to react with the gasifier.

본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 가스화 장치에 적용되는 다단 연소 버너 및 시스템의 구성을 개시하여 출원한 바 있다. The present applicant has filed a patent application for a multi-stage combustion burner and system applied to a gasification apparatus in many of the following Patent Documents 1 and 2.

대한민국 특허 등록번호 제10-1180468호(2012년 9월 7일 공고)Korean Patent Registration No. 10-1180468 (issued on September 7, 2012) 대한민국 특허 공개번호 제10-2010-0108300호(2010년 10월 6일 공개)Korean Patent Publication No. 10-2010-0108300 (published on October 6, 2010)

그러나 특허문헌 1 및 특허문헌 2를 포함하는 종래기술에 따른 버너에서는 버너의 연료 분무 노즐 팁이 고온 조건으로 인해 열변형이 발생하는 문제점이 있었다. However, in the conventional burner including the patent documents 1 and 2, the fuel spray nozzle tip of the burner has a problem of thermal deformation due to the high temperature condition.

여기서, 반응의 안정성을 유지하기 위해서는 가스화제와의 반응이 연료 분무 노즐 팁과 멀리 떨어지지 않은 곳에서 일어나야 하기 때문에, 연료 분무 노즐 팁 부분에서 너무 낮은 온도가 생성되지 않도록 해야하는 문제점이 있었다. Here, in order to maintain the stability of the reaction, there is a problem that the reaction with the gasifying agent must occur not far from the fuel spray nozzle tip, so that a too low temperature is not generated at the fuel spray nozzle tip portion.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료와 가스화제를 혼합해서 연소반응시켜 합성가스로 전환하는 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gasification burner for mixing a liquid fuel or a solid slurry fuel with a gasifying agent and performing a combustion reaction to convert the gasification agent into a synthesis gas, and a syngas conversion apparatus using the gasification burner.

본 발명의 다른 목적은 연료 분무 노즐 팁의 열변형을 방지하는 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a gasification burner for preventing thermal deformation of a fuel spray nozzle tip and a syngas switching device using the gasification burner.

본 발명의 또 다른 목적은 연료 분무 노즐 팁에서 분무된 연료의 반응 영역을 조절하여 가스화 장치를 안정적으로 운전할 수 있는 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a gasification burner and a syngas switching apparatus using the gasification burner which can stably operate the gasification apparatus by regulating the reaction region of the fuel sprayed from the fuel spray nozzle tip.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가스화 버너는 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소를 각각 분사하는 복수의 스트림부를 포함하고, 분사된 연료와 가스화제를 혼합하여 합성가스로 전환하도록 연소반응시키는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the gasification burner according to the present invention includes a plurality of stream portions for spraying liquid fuel or solid slurry fuel, gasifier, cooling water or coolant and pure oxygen, respectively, Are mixed and reacted to convert into syngas.

본 발명은 상기 연료를 분사하는 연료 분무 노즐이 설치되는 제1 스트림부, 상기 제1 스트림부의 외측에 마련되어 가스화제를 1차 분사하는 제2 스트림부, 상기 연료 분무 노즐의 팁 선단부에 냉각수 또는 냉매를 분사하는 제1 분사노즐이 설치되는 제3 스트림부 및 상기 제3 스트림부의 외측에 마련되어 가스화제를 2차 분사하는 제4 스트림부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a fuel cell system comprising a first stream portion provided with a fuel spray nozzle for injecting fuel, a second stream portion provided outside the first stream portion for firstly injecting a gasifying agent, And a fourth stream part provided outside the third stream part and for jetting the gasifying agent secondarily.

본 발명은 상기 제4 스트림부의 외측에 마련되어 상기 냉각수 또는 냉매에 의해 반응영역이 반응기 내측으로 이동하면서 반응이 불안정해지는 현상을 방지하도록 순산소를 분사하는 제5 스트림부를 더 포함하고, 상기 제5 스트림부의 선단에는 미리 설정된 영역에 순산소를 분사하는 제2 분사노즐이 설치되는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a fifth stream portion provided outside the fourth stream portion for spraying pure oxygen to prevent the reaction from becoming unstable as the reaction region moves to the inside of the reactor by the cooling water or the coolant, And a second injection nozzle for spraying pure oxygen to a predetermined area is provided at the tip of the part.

상기 제3 스트림부의 후단부에는 냉각수 또는 냉매를 공급하는 공급관과 상기 제3 스트림부 내부를 순환하면서 열교환에 의해 가열된 냉각수 또는 냉매를 배출하는 배출관이 연결되는 것을 특징으로 한다.The rear end of the third stream portion is connected to a supply pipe for supplying cooling water or a refrigerant and a discharge pipe for circulating the inside of the third stream portion while being heated by heat exchange or discharging refrigerant.

상기 제1 스트림부의 외주면과 제2 스트림부의 내주면 중 어느 하나 이상과 상기 제3 스트림부의 외주면과 제4 스트림부의 내주면 중 어느 하나 이상에는 선회류를 형성하도록 선회류 베인이 형성되는 것을 특징으로 한다.The vortex flow vane is formed so as to form a swirling flow in at least one of the outer circumferential surface of the first stream portion and the inner circumferential surface of the second stream portion, and the outer circumferential surface of the third stream portion and the inner circumferential surface of the fourth stream portion.

또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치는 가스화 버너를 이용해서 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 합성가스로 전환하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the syngas switching device using the gasification burner according to the present invention is characterized in that a gasification burner is used to convert a liquid fuel or a solid slurry fuel into syngas.

본 발명은 상기 가스화 버너에 마련된 제1 내지 제5 스트림부에 각각 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소를 공급하도록 구동되는 구동부 및 반응기 내부에 설치된 감지센서의 감지신호를 이용해서 반응상태를 검사하고 검사 결과에 따라 각 스트림부에서 분사되는 분사압력, 분사속도, 분사량을 변경해서 반응 상태를 조절하도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the reaction state is detected by using a sensing signal of a driving unit which is driven to supply fuel, gasifying agent, cooling water or coolant and pure oxygen to the first to fifth stream portions provided in the gasification burner, And controlling the operation of the driving unit to adjust the reaction state by changing the injection pressure, the injection speed, and the injection amount injected from each stream part according to the inspection result.

상기 구동부는 상기 제1 내지 제5 스트림부 각각에 개별적으로 연결되어 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소를 공급하도록 동작하는 구동펌프 또는 조절댐퍼를 포함하고, 상기 가스화제는 상기 연료의 종류에 따라 조성이 변경되어 공급되는 것을 특징으로 한다.The driving unit includes a driving pump or a control damper individually connected to each of the first to fifth stream portions and operative to supply fuel, gasifier, cooling water or coolant and pure oxygen, The composition is changed and supplied.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치에 의하면, 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 미립화하여 분무하고, 선회류를 따라 가스화제를 2차에 걸쳐 분사하여 혼합한 후 연소 반응을 통해 합성가스로 전환할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, according to the gasification burner of the present invention and the syngas switching device using the gasification burner, the liquid fuel or the solid slurry fuel is atomized and atomized, the gasifying agent is injected in the second order along the swirling flow, An effect of being able to be converted into syngas through the reaction is obtained.

그리고 본 발명에 의하면, 제3 스트림부를 통해 공급된 냉각수를 노즐 팁 선단에 분사하여 노즐 팁의 열변형을 방지하고, 가스화 버너를 냉각하여 과열을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다. According to the present invention, the cooling water supplied through the third stream portion is sprayed onto the tip of the nozzle tip, thereby preventing thermal deformation of the nozzle tip, and cooling the gasification burner to prevent overheating.

또 본 발명에 의하면, 연료의 종류에 따라 가스화제로 사용되는 증기, 산소 또는 공기의 조성을 변경하여 반응영역을 조절할 수 있다는 효과가 얻어진다.According to the present invention, it is possible to control the reaction region by changing the composition of the vapor, oxygen or air used as the gasifying agent depending on the type of the fuel.

또한, 본 발명에 의하면, 제5 스트림부를 통해 순산소를 분사하여 반응영역이 반응기 내측으로 이동하면서 반응이 불안정해지는 현상을 방지함으로써, 가스화 반응의 시작점을 운용자가 원하는 위치로 조절할 수 있다는 효과가 얻어진다.According to the present invention, it is possible to control the start point of the gasification reaction to a desired position by the operator by preventing the phenomenon that the reaction is unstable as the reaction zone moves to the inside of the reactor by injecting pure oxygen through the fifth stream section Loses.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 연료와 가스화제 및 순산소를 분사하여 반응영역을 조절함으로써, 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 안정적으로 운전할 수 있다는 효과가 얻어진다.
Thus, according to the present invention, the gasification burner and the syngas switching device using the gasification burner can be stably operated by injecting the fuel, the gasifying agent and the pure oxygen to adjust the reaction region.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너의 정단면도,
도 2는 도 1에 도시된 가스화 버너의 측면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치의 구성도.1 is a front sectional view of a gasification burner according to a preferred embodiment of the present invention,
2 is a side view of the gasification burner shown in Fig. 1,
3 is a configuration diagram of a syngas switching apparatus using a gasification burner according to a preferred embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a gasification burner according to a preferred embodiment of the present invention and a syngas conversion device using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너의 정단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가스화 버너의 측면도이다.1 is a front sectional view of a gasification burner according to a preferred embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a side view of the gasification burner shown in Fig.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연료, 가스화제, 냉각수 및 순산소를 분사하는 5개의 스트림부(20 내지 60)를 포함한다.The gasification burner 10 according to the preferred embodiment of the present invention includes five stream portions 20 to 60 for injecting fuel, gasifier, cooling water and pure oxygen, as shown in FIGS.

상기 연료는 중유나 저급오일, 폐식용유와 같은 폐유, 바이오매스를 열분해하여 얻은 바이오 열분해 오일 등의 액상 연료 및 저급 석탄 슬러리와 같은 고상 연료를 포함할 수 있다.The fuel may include solid fuel such as heavy fuel oil, low-grade oil, waste oil such as waste cooking oil, liquid fuel such as bio-pyrolysis oil obtained by pyrolyzing biomass, and low-grade coal slurry.

상기 가스화제는 액상 연료나 고상 슬러리 연료를 가스화하기 위하여 연료와 함께 불어 넣는 기체 상태의 물질로서, 공기, 증기, 산소, 이산화탄소 또는 그것들의 혼합물을 포함할 수 있다. The gasifying agent may be a gaseous material that is blown with the fuel to gasify the liquid fuel or the solid slurry fuel, and may include air, steam, oxygen, carbon dioxide, or a mixture thereof.

본 실시 예에서는 연료의 종류에 따라 가스화제의 조성을 변경하여 반응영역을 조절할 수 있다. In this embodiment, the reaction zone can be controlled by changing the composition of the gasifying agent depending on the type of the fuel.

예를 들어, 본 발명은 연료의 종류에 따라 가스화제로 사용되는 증기, 산소 또는 공기의 조성을 스트림 30,60,71로 변경하여 반응영역을 조절할 수 있다.For example, the present invention can control the reaction zone by changing the composition of the steam, oxygen or air used as the gasifier depending on the type of fuel to the streams 30, 60, 71.

가스화 버너(10)의 구성을 상세하게 설명하면, 가스화 버너(10)의 중앙부로부터 외측을 향해 순차적으로 마련되고, 연료를 분무하는 연료 분무 노즐(이하 '노즐'이라 약칭함)(21)이 설치되는 제1 스트림부(20), 가스화제를 1차 분사하는 제2 스트림부(30), 냉각수 또는 냉매를 분사하는 제3 스트림부(40) 및 가스화제를 2차 분사하는 제4 스트림부(50)를 포함한다.A fuel spray nozzle (hereinafter referred to as " nozzle ") 21, which is provided sequentially from the center of the gasification burner 10 toward the outside and sprays fuel, is installed A second stream portion 30 for firstly injecting the gasifying agent, a third stream portion 40 for injecting cooling water or a coolant, and a fourth stream portion (for example, 50).

이와 함께, 가스화 버너(10)는 분사된 연료와 가스화제를 향해 순산소를 분사하는 제5 스트림부(60)를 더 포함할 수 있다. In addition, the gasification burner 10 may further include a fifth stream portion 60 for injecting pure oxygen toward the injected fuel and the gasifying agent.

제1 내지 제5 스트림부(20 내지 60)를 포함하는 가스화 버너 전체는 스테인리스 강(stainless steel)과 같이 내열성 및 내식성을 갖는 금속 또는 합금재질의 재료로 제조될 수 있다. The entire gasification burner including the first to fifth stream portions 20 to 60 may be made of a metal or alloy material having heat resistance and corrosion resistance such as stainless steel.

제1 스트림부(20)에는 노즐(21)이 설치되고, 노즐(21)은 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 미립화해서 분무하도록 연료와 압축 공기 또는 증기를 혼합하여 분사한다. The first stream portion 20 is provided with a nozzle 21, and the nozzle 21 mixes and injects fuel, compressed air or steam so as to atomize and spray the liquid fuel or the solid slurry fuel.

제2 스트림부(30)는 가스화제를 1차 분사하고, 노즐(21)에서 미립화해서 분무된 연료와 가스화제가 원활하게 혼합되도록 선회류를 형성하는 역할을 한다. The second stream portion 30 serves to spray the gasifying agent first and atomize it in the nozzle 21 to form a swirling flow so that the sprayed fuel and the gasifying agent are smoothly mixed.

이를 위해, 제2 스트림부(30)의 내주면과 제1 스트림부(20)의 외주면 중 적어도 하나 이상에는 선회류를 형성하도록 선회류 베인이 형성될 수 있다. To this end, a swirling vane may be formed to form a swirling flow on at least one of the inner circumferential surface of the second stream portion 30 and the outer circumferential surface of the first stream portion 20. [

제3 스트림부(40)는 노즐(21)을 냉각하기 위한 냉각수 또는 냉매를 분사하는 기능을 한다. The third stream unit 40 functions to inject cooling water or coolant for cooling the nozzles 21.

이를 위해, 제3 스트림부(40)의 후단부 일측에는 냉각수 또는 냉매를 공급하는 공급관(41)이 연결되고, 공급관(41)과 일정 각도만큼 이격되어 제3 스트림부(40) 내부로 공급된 냉각수 또는 냉매 중에서 미분사된 일부를 배출하는 배출관(42)이 연결될 수 있다. A supply pipe 41 for supplying cooling water or a coolant is connected to one end of the rear end of the third stream unit 40 and is supplied to the inside of the third stream unit 40 by a predetermined angle with the supply pipe 41 A discharge pipe 42 for discharging part of the fine powder in the cooling water or the refrigerant may be connected.

그리고 제3 스트림부(40)의 선단부에는 노즐(21)의 선단을 향해 냉각수 또는 냉매를 분사하는 적어도 하나 이상의 제1 분사노즐(43)이 마련될 수 있다. At least one first spray nozzle 43 for spraying cooling water or a coolant toward the tip of the nozzle 21 may be provided at the tip of the third stream part 40.

이에 따라, 제3 스트림부(40)는 냉각수 또는 냉매를 노즐(21)의 팁 선단부에 분사함으로써, 냉각수 또는 냉매가 기화되면서 증발잠열을 빼앗아 노즐(21) 팁을 냉각해서 노즐 팁의 열변형을 방지할 수 있다. Accordingly, the third stream part 40 ejects the cooling water or the coolant to the tips of the tips of the nozzles 21 to evaporate the latent heat of vaporization while the cooling water or the refrigerant is vaporized to cool the tips of the nozzles 21, .

이와 함께, 제3 스트림부(40)는 공급관(41)을 통해 공급된 냉각수 또는 냉매 중에서 미분사된 일부를 순환시켜 배출관(42)을 통해 배출함에 따라, 가스화 버너(10)를 냉각하여 과열을 방지할 수도 있다. In addition, the third stream portion 40 circulates a part of the coolant supplied through the supply pipe 41 or the coolant and discharges the coolant through the discharge pipe 42, thereby cooling the gasification burner 10 to overheat .

제4 스트림부(50)는 가스화제를 2차 분사해서 1차 분사된 가스화제에 비해 반응기(70) 내측에서 연료와 가스화제를 혼합시켜 반응하게 하는 기능을 한다. The fourth stream portion 50 functions to mix the fuel and the gasifying agent inside the reactor 70 and react with each other as compared with the gasifying agent that is first injected by secondary injection of the gasifying agent.

그리고 제4 스트림부(50)는 연료와 2차 분사된 가스화제가 원활하게 혼합되도록 선회류를 형성하는 기능을 한다. The fourth stream portion 50 functions to form a swirling flow so that the fuel and the secondarily injected gasifier are smoothly mixed.

이를 위해, 4 스트림부(50)의 내주면과 제3 스트림부(40)의 외주면 중 적어도 하나 이상에는 선회류를 형성하도록 선회류 베인이 형성될 수 있다. For this purpose, a swirling vane may be formed to form a swirling flow on at least one of the inner circumferential surface of the four stream portion 50 and the outer circumferential surface of the third stream portion 40.

제5 스트림부(60)는 냉각수나 냉매로 인해 반응영역(RZ)이 후류측, 즉 반응기(70) 내측으로 이동하면서 반응이 불안정해지는 현상을 방지하기 위해 순산소를 분사하는 기능을 한다. The fifth stream unit 60 functions to inject pure oxygen to prevent the reaction from becoming unstable as the reaction zone RZ moves to the downstream side, that is, the inside of the reactor 70 due to the cooling water or the refrigerant.

이를 위해, 제5 스트림부(60)의 선단에는 순산소가 노즐(21)에 손상을 주지 않는 범위 내에서 연소반응이 시작되도록 미리 설정된 영역에 순산소를 분사하는 적어도 하나 이상의 제2 분사노즐(61)이 설치될 수 있다.
To this end, at least one or more second injection nozzles (not shown) for injecting pure oxygen into a predetermined region such that the combustion reaction is started within a range in which pure oxygen does not damage the nozzles 21 is provided at the tip of the fifth stream portion 60 61 may be installed.

한편, 본 실시 예에서 제1 내지 제5 스트림부(20 내지 60) 각각은 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매, 순산소의 분사 압력, 분사 속도, 분사량을 조절할 수 있다.On the other hand, in the present embodiment, each of the first to fifth stream portions 20 to 60 can regulate the fuel, the gasifying agent, the cooling water or the coolant, the injection pressure of the pure oxygen, the injection speed, and the injection amount.

예를 들어, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치의 구성도이다. For example, FIG. 3 is a configuration diagram of a syngas switching apparatus using a gasification burner according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치(80)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제5 스트림부(20 내지 60) 각각의 후단에 설치되는 구동부(81) 및 반응영역(RZ)의 반응 상태에 기초해서 구동부(80)의 동작을 제어하는 제어부(82)를 포함할 수 있다. 3, the syngas switching device 80 using the gasification burner according to the preferred embodiment of the present invention includes a driving unit 81 installed at the rear end of each of the first to fifth stream units 20 to 60, And a control unit 82 for controlling the operation of the driving unit 80 based on the reaction state of the reaction zone RZ.

물론, 합성가스 전환장치(80)는 반응기(70), 반응기(70) 내부에서 합성가스의 발열반응에 참여하는 촉매부(도면 미도시), 가스화 버너(10)에 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매, 순산소 등을 공급하는 공급부(도면 미도시), 가수분해설비(도면 미도시), 정제설비(도면 미도시) 등을 더 포함할 수 있다. Of course, the syngas switching device 80 may include a reactor 70, a catalyst part (not shown) participating in the exothermic reaction of the syngas inside the reactor 70, a fuel, a gasifier, (Not shown) for supplying a refrigerant, pure oxygen, etc., a hydrolysis facility (not shown), and a purification facility (not shown).

구동부(81)는 제1 내지 제5 스트림부(20 내지 60) 각각의 후단에 개별적으로 설치되어 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매, 순산소를 공급하기 위해 펌핑 동작하는 구동펌프(도면 미도시)나 개도량을 조절하는 조절댐퍼(도면 미도시)를 포함할 수 있다. The driving unit 81 includes a driving pump (not shown) that is separately provided at the rear end of each of the first to fifth stream units 20 to 60 and is pumped to supply fuel, gasifying agent, cooling water or coolant, And an adjustment damper (not shown) for adjusting the opening amount.

그리고 구동부(81)는 다양한 연료를 적용해서 선택적으로 반응영역을 조절할 수 있도록 연료의 종류에 따라 가스화제의 조성을 변경해서 공급할 수 있다.The driving unit 81 may vary the composition of the gasifying agent according to the type of the fuel so that the reaction region can be selectively controlled by applying various fuels.

제어부(82)는 반응기(70)에 설치되어 반응기 내부의 온도, 압력, 배기가스 등 반응 상태를 감지하는 각종 감지센서(도면 미도시)의 감지신호를 이용해서 반응기(70) 내부의 반응상태를 검사하고, 검사결과에 기초해서 구동부(81)에 마련된 각각의 구동펌프나 조절댐퍼의 동작을 제어하는 제어신호를 발생한다. The control unit 82 is installed in the reactor 70 and detects the reaction state inside the reactor 70 by using a detection signal of various sensors (not shown) for detecting the reaction state such as temperature, pressure, And generates a control signal for controlling the operation of each drive pump and the adjustment damper provided in the drive unit 81 on the basis of the inspection result.

이와 같이, 본 발명은 각 스트림부을 통해 공급되는 연료, 가스화제, 냉각수 또는 냉매 및 순산소의 분사압력, 분사속도 및 분사량를 개별적으로 제어하여 가스화 반응의 시작점을 운용자가 원하는 위치로 용이하게 조절할 수 있다.
As described above, the present invention can easily control the starting point of the gasification reaction to a desired position by controlling the injection pressure, the injection speed, and the injection amount of the fuel, the gasifying agent, the cooling water or the coolant and the pure oxygen supplied through each stream portion individually .

다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스화 버너 및 합성가스 전환장치의 결합관계 및 작동방법을 상세하게 설명한다. Next, the combination relationship and operation method of the gasification burner and the syngas switching device according to the preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

가스화 버너(10)의 중심부에 노즐(21)을 설치하여 제1 스트림부(20)를 마련하고, 제1 스트림부(20)의 외측에 가스화제를 1차 분사하는 제2 스트림부(30), 노즐(21) 선단을 향해 냉각수를 분사하는 제3 스트림부(40), 가스화제를 2차 분사하는 제4 스트림부(50) 및 순산소를 분사하는 제5 스트림부(60)를 순차적으로 설치한다. The gasification burner 10 is provided with a nozzle 21 at a central portion thereof to provide a first stream portion 20 and a second stream portion 30 for firstly injecting a gasifying agent to the outside of the first stream portion 20, A third stream section 40 for injecting cooling water toward the tip of the nozzle 21, a fourth stream section 50 for secondarily injecting the gasifying agent, and a fifth stream section 60 for injecting pure oxygen, Install it.

이때, 제1 스트림부(20)의 외주면과 제2 스트림부(30)의 내주면 중 어느 하나 이상 및 제3 스트림부(40)의 외주면과 제4 스트림부(50)의 내주면 중 어느 하나 이상에는 선회류를 형성하기 위한 선회류 베인이 형성된 상태이다.At least one of the outer circumferential surface of the first stream portion 20 and the inner circumferential surface of the second stream portion 30 and the outer circumferential surface of the third stream portion 40 and the inner surface of the fourth stream portion 50 And a swirl vane for forming a swirl flow is formed.

제3 스트림부(40)의 후단부에는 냉각수를 공급하는 공급관(41)과 제3 스트림부(40) 내부를 순환하는 과정에서 열교환을 수행한 냉각수를 배출하는 배출관(42)이 연결된다. A supply pipe 41 for supplying cooling water and a discharge pipe 42 for discharging the cooling water subjected to the heat exchange in the course of circulating the third stream part 40 are connected to the rear end of the third stream part 40. [

이어서, 작업자는 제1 내지 제5 스트림부(20 내지 60)의 후단에 각각 구동부(81)의 구동펌프나 조절댐퍼를 설치하고, 구동부(81)와 제어부(82) 사이를 배선한다. Next, the operator installs a driving pump or a control damper of the driving unit 81 at the rear end of the first to fifth stream units 20 to 60, and wires the driving unit 81 and the control unit 82 therebetween.

이와 같은 과정을 통하여 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치의 조립이 완료되면, 제어부(82)는 연료, 가스화제, 냉각수 및 순산소를 공급하도록 미리 저장된 프로그램에 따라 구동부(81)의 구동을 제어한다. When the assembly of the gasification burner and the syngas switching device using the gasification burner is finished, the control unit 82 controls the driving of the driving unit 81 according to a program stored in advance to supply the fuel, the gasifying agent, the cooling water, do.

그리고 제어부(82)는 가스화 버너(10)가 구동되면, 반응기(70)에 설치된 각종 감지센서의 감지신호에 따라 연료, 가스화제, 냉각수 및 순산소의 분사압력, 분사속도, 분사량 등을 조절하도록 구동부(81)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생한다. When the gasification burner 10 is driven, the control unit 82 adjusts the injection pressure, injection speed, injection amount, etc. of the fuel, the gasifying agent, the cooling water, and the pure oxygen according to the detection signals of various sensors installed in the reactor 70 And generates a control signal for controlling the driving of the driving unit 81.

가스화 버너(10)의 작동방법을 상세하게 설명하면, 제1 스트림부(20)에 설치된 노즐(21)은 반응기(70) 내측을 향해 연료를 분사하고, 제2 스트림부(30)는 가스화제를 1차 분사해서 연료와 혼합시킨다. The operation of the gasification burner 10 will be described in detail. The nozzle 21 provided in the first stream portion 20 injects fuel toward the inside of the reactor 70, and the second stream portion 30 injects fuel Is mixed with the fuel.

제3 스트림부(40)에 설치된 제1 분사노즐(43)은 노즐(21) 팁의 선단을 향해 냉각수 또는 냉매를 분사하고, 제4 스트림부(50)는 가스화제를 2차 분사해서 연료와 혼합시킨다. The first injection nozzle 43 provided in the third stream section 40 injects cooling water or coolant toward the tip of the tip of the nozzle 21 and the fourth stream section 50 injects the gasifying agent secondarily, .

이때, 제1 스트림부(20)의 외주면과 제2 스트림부(30)의 내주면 중 어느 하나 이상에는 선회류 베인이 형성됨에 따라, 1차 분사된 가스화제에 선회류가 발생한다. At this time, as the vortex flow vane is formed on at least one of the outer circumferential surface of the first stream portion 20 and the inner circumferential surface of the second stream portion 30, a swirling flow is generated in the first-order gasifier.

그리고 제3 스트림부(40)의 외주면과 제4 스트림부(50)의 내주면 중 어느 하나 이상에 선회류 베인이 형성됨에 따라 2차 분사된 가스화제에 선회류가 발생한다. As the swirl vane is formed on at least one of the outer circumferential surface of the third stream portion 40 and the inner circumferential surface of the fourth stream portion 50, a swirling flow is generated in the secondarily injected gasifier.

이에 따라, 연료와 1차 분사된 가스화제 및 2차 분사된 가스화제가 용이하게 혼합되어 연소 반응하게 된다. As a result, the fuel and the primary injected gasifying agent and the secondary injected gasifying agent are easily mixed and combusted.

또, 제5 스트림부(60)는 제2 분사노즐(61)을 통해 순산소를 분사해서 반응영역(RZ)이 반응기(70) 내측으로 이동하면서 반응이 불안정해지는 현상을 방지한다. In addition, the fifth stream portion 60 prevents the phenomenon that the reaction becomes unstable as the reaction region RZ moves to the inside of the reactor 70 by injecting pure oxygen through the second injection nozzle 61.

이와 같이, 본 발명은 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 미립화하여 분무하고, 선회류를 따라 가스화제를 2차에 걸쳐 분사하여 혼합한 후 연소 반응을 통해 합성가스로 전환할 수 있다.As described above, in the present invention, the liquid fuel or the solid slurry fuel is atomized and atomized, the gasifier is injected in the second order along with the swirling flow, mixed and then converted into the synthesis gas through the combustion reaction.

그리고 본 발명은 제3 스트림부를 통해 공급된 냉각수를 노즐 팁 선단에 분사하여 노즐 팁의 열변형을 방지하고, 가스화 버너를 냉각하여 과열을 방지할 수 있다. According to the present invention, the cooling water supplied through the third stream portion is sprayed onto the tip of the nozzle tip to prevent thermal deformation of the nozzle tip, and the gasification burner can be cooled to prevent overheating.

또한, 본 발명은 제5 스트림부를 통해 순산소를 분사하여 반응영역이 반응기 내측으로 이동하면서 반응이 불안정해지는 현상을 방지함으로써, 가스화 반응의 시작점을 운용자가 원하는 위치로 조절할 수 있다.In addition, the present invention prevents the phenomenon that the reaction is unstable as the reaction zone moves to the inside of the reactor by injecting pure oxygen through the fifth stream section, so that the starting point of the gasification reaction can be adjusted to a desired position by the operator.

이에 따라, 본 발명은 연료와 가스화제 및 순산소를 분사하여 반응영역을 조절함으로써, 가스화 버너 및 그를 이용한 합성가스 전환장치를 안정적으로 운전할 수 있다. Accordingly, the present invention can stably operate the gasification burner and the syngas switching device using the gasification burner by controlling the reaction zone by injecting the fuel, the gasifying agent and the pure oxygen.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 미립화하여 분무하고, 연료와 가스화제를 용이하게 혼합하여 반응시키며, 냉각수를 이용해서 노즐 팁의 열변형 및 가스화 버너의 과열을 방지할 수 있다. Through the above-described process, the present invention is characterized in that the liquid fuel or the solid slurry fuel is atomized and atomized, the fuel and the gasifying agent are easily mixed and reacted, and the thermal deformation of the nozzle tip and the superheat of the gasification burner .

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다. Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

본 발명은 액상 연료 또는 고상 슬러리 연료를 미립화하여 분무하고, 연료와 가스화제를 용이하게 혼합하여 반응시키며, 냉각수를 이용해서 노즐 팁의 열변형 및 가스화 버너의 과열을 방지하는 기술에 적용된다. The present invention is applied to a technique of atomizing and spraying a liquid fuel or a solid slurry fuel, easily mixing and reacting a fuel and a gasifying agent, and preventing the thermal deformation of the nozzle tip and the overheating of the gasification burner by using cooling water.

10: 가스화 버너 20: 제1 스트림부
21: 연료 분무 노즐 30: 제2 스트림부
40: 제3 스트림부 41: 공급관
42: 배출관 43: 제1 분사노즐
50: 제4 스트림부 60: 제5 스트림부
61: 제2 분사노즐 70: 반응기
80: 가스화 버너를 이용한 합성가스 전환장치
81: 구동부 82: 제어부10: gasification burner 20: first stream portion
21: Fuel spray nozzle 30: Second stream part
40: third stream section 41: supply pipe
42: discharge pipe 43: first injection nozzle
50: fourth stream section 60: fifth stream section
61: second injection nozzle 70: reactor
80: Synthetic gas conversion system using gasification burner
81: driving unit 82:

Claims

A first stream portion in which a fuel spray nozzle for spraying a liquid fuel or solid slurry fuel is installed,
A second stream part provided on the outer side of the first stream part for firstly injecting the gasifying agent,
A third stream part provided with a first injection nozzle for injecting cooling water or a coolant onto the tip end of the fuel spray nozzle,
A fourth stream part provided outside the third stream part for secondarily injecting the gasifying agent and
And a fifth stream portion provided outside the fourth stream portion and controlling the reaction region by spraying pure oxygen so as to prevent the reaction from becoming unstable by moving the reaction region to the inside of the reactor by the cooling water or the coolant,
And a second injection nozzle for spraying pure oxygen to a predetermined region is provided at the tip of the fifth stream portion,
And the combustion gas is reacted so that the injected fuel and the gasifying agent are mixed and converted into syngas.

delete

The method according to claim 1,
A rear end portion of the third stream portion is connected to a supply pipe for supplying cooling water or refrigerant
And a discharge pipe for discharging the cooling water or the refrigerant heated by the heat exchange while circulating in the third stream portion is connected to the gasification burner.

5. The method of claim 4,
At least one of an outer peripheral surface of the first stream portion and an inner peripheral surface of the second stream portion
Wherein a swirling vane is formed so as to form a swirling flow on at least one of an outer circumferential surface of the third stream portion and an inner circumferential surface of the fourth stream portion.

A syngas conversion apparatus using a gasification burner, characterized by switching a liquid fuel or a solid slurry fuel to a synthesis gas by using the gasification burner according to any one of claims 1, 4 and 5.

The method according to claim 6,
A driving unit driven to supply fuel, gasifying agent, cooling water or coolant and pure oxygen to the first to fifth stream units provided in the gasification burner,
A control unit for controlling the operation of the driving unit so as to control the reaction state by checking the reaction state using the detection signal of the detection sensor installed in the reactor and changing the injection pressure, injection speed and injection amount injected from each stream part according to the inspection result, Wherein the gasification burner is a syngas conversion device using a gasification burner.

8. The method of claim 7,
The drive unit includes a drive pump or an adjustment damper individually connected to each of the first to fifth stream portions and operative to supply fuel, gasifier, coolant or coolant and pure oxygen,
Wherein the gasifying agent is supplied in a varied composition depending on the kind of the fuel.