KR20060044509A

KR20060044509A - 바이오매스 탄화·가스화와 발전시스템

Info

Publication number: KR20060044509A
Application number: KR1020050023436A
Authority: KR
Inventors: 카쥬요시 이치카와; 준 이누마루; 카쥬히로 키도구치; 사부로 하라; 마사미 아시자와; 마사오 카나이
Original assignee: 자이단호징 덴료쿠추오켄큐쇼; 가나이 오피스 코퍼레이션
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-05-16
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: TW201207098A; KR20120030502A; CN1673317B; SG115791A1; CA2501841C; AU2010201782A1; CA2501841A1; BRPI0500941A; TWI354698B; US20050247553A1; KR101251103B1; US20080216405A1; AU2005201252A1; NO20051532L; CN1673317A; NO20051532D0; EP1580253A1

Abstract

폐기물 바이오매스를 포함한 바이오매스는, 우선, 바이오매스가 탄화되는 공정과, 탄화장치로부터의 탄화차르와 열분해가스가 2단 가스화노의 고온가스화부와 가스개질부로 각각 공급되는 공정을 통하여 가스화된다. 가스화제는 가스화부에 지속적으로 공급되고, 가스개질단계에서 타르 형성을 방지하는데 요구되는 온도를 유지하기 위하여 가스개질부에 간헐적으로 공급된다. 복수 개의 탄화장치는 회전 작동한다. 탄화·가스화 장치가 연료를 전기적 발전장치에 공급하기 위하여 사용될 때, 발전설비로부터의 배출열은 탄화장치로 복귀하고, 가스화노 출구로부터 발전설비로 공급된 가스의 열교환에 의하여 보충될 수 있다.

바이오매스, 탄화, 가스화, 발전장치

Description

바이오매스 탄화·가스화와 발전시스템{Carbonization and gasification of biomass and power generation system}

도 1은 본 발명에 따른 바이오매스 탄화·가스화 시스템의 구성을 도시한

개념도,

도 2는 오일 에멀션(산소비율 0.40) 가스화시험의 결과값과 계산값을 비교한

그래프,

도 3은 산소비율이 변화하는 경우의 탄소전환율과 가스화노 출구 온도의

변화를 나타내는, 산소불어넣음 1단분류상로의 가스화 성능 예측

(가스화제 투입 온도 50℃)을 도시한 그래프,

도 4는 산소비율이 변화하는 경우의 생성가스비율과 냉각가스효율의 변화를

나타내는, 산소불어넣음 1단분류상로의 가스화 성능 예측(가스화제

투입 온도 50℃)을 도시한 그래프,

도 5는 산소비율이 변화하는 경우의 탄소전환율과 가스화노 출구 온도의

변화를 나타내는, 공기불어넣음 1단분류상로의 가스화 성능 예측

(공기 투입 온도 250℃)을 도시한 그래프,

도 6은 산소비율이 변화하는 경우의 탄소전환율과 가스화노 출구 온도의

변화를 나타내는, 산소불어넣음 1단투입방식의 가스화 성능 예측을

도시한 그래프,

도 7은 산소비율이 변화하는 경우의 생성가스비율과 냉각가스효율의 변화를

나타내는, 산소불어넣음 1단투입방식의 가스화 성능 예측을 도시한

그래프,

도 8은 산소비율이 변화하는 경우의 탄소전환율과 가스화노 출구 온도의

변화를 나타내는, 공기불어넣음 1단투입방식의 가스화 성능 예측을

도시한 그래프,

도 9는 산소비율이 변화하는 경우의 생성가스비율과 냉각가스효율의 변화를

나타내는, 공기불어넣음 1단투입방식의 가스화 성능 예측을 도시한

그래프,

도 10은 산소비율이 변화하는 경우의 탄소전환율, 연소기 출구 온도, 그리고

가스화노 출구 온도의 변화를 나타내는, 공기불어넣음

2단투입방식의 가스화 성능 예측을 도시한 그래프,

도 11은 산소비율이 변화하는 경우의 생성가스비율과 냉각가스효율의 변화를

나타내는, 공기불어넣음 2단투입방식의 가스화 성능 예측을 도시한

그래프,

도 12는 산소비율이 변화하는 경우의 탄소전환율, 연소기 출구 온도, 그리고

가스화노 출구 온도의 변화를 나타내는, 가스개질부 공기투입방식

(연소기 산소비율 0.64)의 가스화 성능 예측을 도시한 그래프,

도 13은 연소기 산소비율이 변화하는 경우의 탄소전환율, 연소기 출구 온도,

그리고 가스화노 출구 온도의 변화를 나타내는, 연소기 산소비율

(전체 산소비율 0.20)의 가스화 성능 경향을 도시한 그래프,

도 14는 연소기 산소비율이 변화하는 경우의 생성가스비율과 냉각가스효율의

변화를 나타내는, 연소기 산소비율(전체 산소비율 0.20)의 가스화

성능의 경향을 도시한 그래프,

도 15는 산소비율이 변화하는 경우의 탄소전환율, 연소기 출구 온도, 그리고

가스화노 출구 온도의 변화를 나타내는, 폐기물 2단투입방식의

가스화 성능 예측을 도시한 그래프,

도 16은 산소비율이 변화하는 경우의 생성가스비율과 냉각가스효율의 변화를

나타내는, 폐기물 2단투입방식의 가스화 성능 예측을 도시한

그래프,

도 17은 본 발명에 따른 바이오매스 발전시스템의 구성을 도시한 개략도,

도 18은 단일의 가스화노 주변에 시간 차를 두고 작동하는 복수 개의

탄화장치가 배치된 본 발명에 따른 발전시스템을 도시하는 도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 바이오매스 연료 2, 15, 25 : 탄화장치

3 : (수분을 포함한 가연성의)열분해가스 4 : 탄화물

5 : 가스화제

6 : 공기 또는 산소(산소를 포함한 가스화제)

7, 16, 26 : 가스화노(爐) 8, 27 : 고온가스화부(部)

9, 28 : 가스개질부(改質部) 12 : 열분해가스유로

13 : 탄화물공급수단 14 : 가스화제공급수단

17 : 발전장치 18 : 배출가스공급로

19 : 원료벙커 22 : 생성가스공급로

23 : 열교환기 24 : 가스정제장치

본 발명은 바이오매스의 탄화와 가스화에 의한 가스의 생성과, 에너지원으로 바이오매스를 이용한 효율적인 발전에 관한 것이다.

여기에서 사용된 "바이오매스"란 말은 살아있는 생물체로부터 나오는 상당한 양의 물질을 포함하는 물질을 의미한다. 바이오매스는 예를 들어, 농업 폐기물, 임업 폐기물, 도시 폐기물, 건축자재 폐기물, 식량생산으로 발생한 폐기물, 폐기물 처리 슬러지 등은 물론 이러한 물질의 혼합물도 포함한다.

바이오매스는 몇몇 무기적인 물질을 포함하기도 하며, 폐 플라스틱과 같이 살아있는 생물체와 비교적 동떨어지게 관련된 유기적인 물질의 상당한 양 또한 포함하기도 한다.

이미 널리 사용되고 있는 탄화와 가스화에 대한 기술은 일본 공개특허 제2004-35837호에 개시되어 있다. 상기 기술에서, 탄화물(탄화차르)은 탄화장치에서 생성되어 가스화노(gas化爐)로 안내되며, 여기에서 공기와 수증기의 사용에 의하여 가스로 전환된다. 탄화단계는 탄화물에 적당량의 휘발성 물질을 남겨 놓고 원료로부터 수분을 제거함으로써, 상기 가스화 단계의 효율을 개선시킨다.

바이오매스가 예를 들어, 스크류 공급기에 의하여 예비적인 탄화 없이 직접 가스화노로 공급되고, 상기 가스화노에서 생성된 타르를 분해시키기 위하여 공기나 산소, 그리고 수증기가 상기 가스화노의 후류(後流) 측에 설치된 개질부로 공급되는 다른 시스템이 제안되었다. 이 시스템은 일본 공개특허 제2003-326241호에 개시되어 있다.

종래의 탄화/가스화 기술은, 상기 가스화노로 공급되는 탄화물이 매우 낮은 수분을 가지고 있기 때문에, 높은 가스화 효율이 실현된다. 반면에, 상당량의 에너지가 상기 탄화 공정에 사용되고, 상기 탄화 공정의 부산물로 얻어진 열과 가연성 열분해가스가 사용되지 않고 방출되기 때문에, 종래의 가스화/탄화 기술에 대한 전반적인 효율은 낮다.

예비적인 탄화 없이 가스화노에 직접 공급된 바이오매스에 의하여 가스화가 수행되는 한, 바이오매스의 높은 수분 함유량 때문에, 상기 가스화노의 내부 온도는 약 600℃에서 1000℃ 범위에 머무르게 된다. 그 결과, 타르가 종종 생산되며, 상기 타르는 배관에 점착하여 비효율적인 작동을 야기시키고 수증기를 통한 상기 타르의 분해와 같은 대응책을 필요로 한다. 특히, 상기 연료가 다양한 종류의 바이 오매스 혼합물로 이루어진 경우에는, 400℃에서 450℃ 범위 온도의 일반적인 수증기를 사용하여 타르를 분해하는 것은 어렵다. 결과적으로, 점착된 상기 타르는 적합한 세정 장치를 이용하는 별도의 단계를 통하여 제거되어야 한다. 그 안에 포함된 탄소와 수소를 제거하는 필연적인 상기 타르 제거의 결과로, 상기 가스화노에서 생성된 가스의 전체 열량의 일부는 상기 타르 제거 공정으로 손실된다. 타르는 산소의 사용에 의해 분해될 수도 있지만, 이러한 공정은 상기 생성 가스의 열량 감소 또한 야기시킨다.

삼림과 같은 목질계 바이오매스와, 도시의 고체 폐기물, 쓰레기, 폐 플라스틱 등과 같은 폐기물계 바이오매스가 보일러의 연료로 사용되는, 1MW용량을 갖은 현재 사용 중인 발전시스템은 최대 약 10%의 발전 효율을 가지고 있다. 바이오매스계 발전시스템의 개선된 발전 효율은 실현될 수 있다. 일본 공개특허 제2003-253274호에 개시된 회전 가마는 폐기물 처리 장치로 개발되었고, 일본 공개특허 제1998-160141호에 개시된 유체화-베드 로(爐)는 상기한 바이오매스 발전시스템에 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 일본 공개특허 제2003-275732호에는, 탄화장치에서 생성된 가스화 탄화차르에 대한 기술 역시 공개되어 있다. 이 경우, 비정제 물질의 건조와 탄화가 등유, 중유 등과 같은 보조 연료를 사용하는 탄화장치에서 수행된다.

낮은 효율의 문제와 위에 언급한 타르 제거 외에 추가적으로, 연소가 낮은 온도 중에서 수행되기 때문에, 심각한 환경 문제인 다이옥신 생성 가능성 또한 존재한다. 더욱이, 재가 분말형태로 방출된다. 결과적으로, 매립지에서 처리하기 위 하여 일반적으로 운반되는 폐기물 재의 취급에 있어서, 중금속의 용출과 재, 특히, 쓰레기와 도시의 고체 폐기물과 같은 폐기물계 바이오매스로부터의 재의 다른 유해한 성분에 대응하는 대응책이 요구된다. 이러한 경우, 상기 폐기물 재는 별도의 용해장치에서 슬래그로 용해 및 전환될 수 있다.

타르가 형성되지 않도록 적어도 1100℃의 온도에서 작동하는 분류상(噴流床) 가스화노는 재를 용해된 슬래그로 전환시킬 수 있다. 분류상 가스화노는 석탄의 가스화를 위한 개발 단계에 있으며, 타르 점착의 상기 문제를 방지할 것으로 기대된다. 그러나, 상기 분류상 석탄 가스화노의 경우, 상기 석탄은 예를 들어 약 100㎛의 입자 크기를 갖는 물질인 미세한 물질로 공급되어야만 한다. 목질계 바이오매스와 폐기물계 바이오매스와 같은 바이오매스는 있는 그대로 취급될 수 없으며, 쉽게 처리되지도 않는다. 따라서, 만약 바이오매스가 이러한 장치에서 가스화 되려면, 별도의 장치를 사용하여 처리되어야 하므로, 설비 규모 있어서 비용적 상승을 필요로한다.

목질계 바이오매스는 그 자체를 연료로 사용할 수 있다. 그러나, 상기 목질계 바이오매스의 양은 계절에 따라 변할 수 있으며 날씨의 변화에 영향을 받기 때문에, 이러한 연료를 신뢰적으로 일관되게 확보하는 것은 어렵다.

따라서, 목질계 바이오매스는 높은 채집 비용이 소요되고, 그 자체를 연료로 사용할 때 비용효과도 없다. 더욱이, 목질계 바이오매스의 필요량 채집의 어려움 때문에, 발전장치의 규모 확장은 이루어지기 어려우며, 고효율 발전을 수행하기 위하여 목질계 바이오매스를 사용하는 것은 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 탄화 공정에서 열분해가스의 방출을 통한 에너지 손실을 감소시켜 바이오매스의 더욱 효율적인 탄화와 가스화를 제공하기 위한 것과, 상기 타르의 형성에 의한 상기 생성 가스의 열량 저하를 감소시키기 위한 것이다.

따라서, 본 발명의 또 다른 목적은, 처리되어야 할 비정제 물질이 목질계 폐기물은 물론 도시의 고체 폐기물과 같은 폐기물계 바이오매스를 포함한 경우, 탄화, 연소, 그리고 가스화에 의하여 안정적인 발전을 할 수 있는, 높은 열효율과 발전효율을 갖은 바이오매스 발전시스템을 제공하기 위한 것이다.

가스화 성능의 예측을 위한 계산 소프트웨어를 사용하여, 중간 생성물, 다시 말해서 탄화물과 가연성 열분해가스가 하나의 가스화노로 투입되는 "1단투입방식"과; 중간 생산물이 2단 가스화노의 두 개의 분리된 단계로 이루어진 고온가스화부(연소기)와 가스개질부(환원장치)로 각각 공급되는 "2단투입방식"인, 두 가지 다른 공정에 대한 연구를 수행하였다.

상기 2단 가스화노를 사용하는 방식인 2단투입방식에서는, 가스화제(공기나 산소)가 오직 상기 고온가스화부로만 공급될 수 있다. 전체 산소 비율은 낮은 수준에서 조절 가능하게 유지될 수 있으며, 오직 소량의 가스화제를 사용했을 때, 가스 화는 높은 열적 효율로 이루어질 수 있다.

그러나, 2단투입방식에서는, 상기 가스화노의 출구(가스개질부의 출구) 온도는 상기 탄화장치에서 생성된 상기 가연성 열분해가스의 양에 의존하여 변하게 된다. 만약, 상기 가연성 열분해가스의 유동율이 증가하면, 상기 출구 온도는 떨어지고, 타르가 형성될 수 있다는 위험성이 존재한다. 상기 타르의 형성을 방지하기 위하여, 소정의 하한 온도 이상의 수준으로 상기 가스화노의 출구 온도를 유지하는 것이 바람직하다.

연구 결과에 따라, 상기 2단투입방식의 바람직한 특성을 저감시키지 않고도, 상기 2단투입방식에서의 타르 형성의 문제가 방지될 수 있다는 것을 알게 되었다.

본 발명에 따른 상기한 바이오매스 탄화-가스화 시스템과 방법에서, 바이오매스 연료가 탄화물을 생성하기 위하여 탄화장치에서 가열된다. 상기 시스템과 방법은, 상기 탄화물의 가스화를 위한 고온가스화부와, 상기 탄화물의 생성물에서 휘발된 타르를 포함한 가연성 열분해가스를 개선하기 위한 가스개질부로 이루어진 2단 가스화노를 이용한다. 상기 탄화장치에서 생성된 상기 탄화물을 상기 2단 가스화노의 상기 고온가스화부로 운반하기 위하여 공급 수단이 제공된다. 또한, 상기 탄화장치에서 생성된 상기 휘발성 열분해가스를 상기 가스화노의 상기 가스개질부로 보내기 위하여 열분해가스유로도 제공된다. 가스화제공급수단은 가스화제를 상기 가스화노의 상기 고온가스화부로 보내며, 또한 산소를 포함한 가스화제를 상기 가스개질부로 조절 가능하게 공급하여, 상기 가스화노의 출구 온도가 일정 온도, 바람직하게는 1100℃ 이하로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

특히, 상기 바이오매스의 고정 탄소 함유량이 낮은 경우, 상기 가스화노에서 부산물로 생성된 상기 열분해가스의 비율은 탄화로부터 얻은 탄화물의 양에 비하여 높고, 상기 열분해가스 유동율은 상기 고온가스화부로부터 상기 개질부로의 고온가스 유동율에 연관되어 상승한다. 상기 열분해가스는 일반적으로 400℃에서 600℃의 온도 범위에 있지만, 상기 가스화부로부터의 가스는 일반적으로 적어도 1500℃의 온도로, 상기 가스개질부에서 온도의 급격한 하강이 발생할 수 있다.

만약, 가스화제가 상기 가스개질부는 물론 상기 고온가스화부로 공급되면, 상기 가연성 열분해가스의 유동율이 증가할 때, 상기 가스화제와 상기 가연성 열분해가스 간에 연소 반응이 발생한다. "재연소" 또는 "후연소"라고 불리는 상기 열분해가스의 연소는 가스 온도가 일정 하한값 이하로 저하되는 것을 방지하며, 특히 가스화제의 적은 소비량으로 상기 2단투입방식의 바람직한 특성을 저하시키지 않고 타르의 형성을 방지하는 효과가 있다.

바람직하게는, 상기 가스화제공급수단이 산소를 포함한 가스화제를 상기 가스개질부에 간헐적으로 공급하며, 상기 고온가스화부와 상기 가스개질부 둘 모두에 산소를 포함한 가스화제를 공급하기 위하여 배치된 관로를 포함한다. 상기 시스템이 마련되면, 상기 가스화제의 공급은 상기 가스화노 내부의 상태에 의존하여 선택적으로 전환될 수 있다. 그러므로, 상기 탄화-가스화 시스템이 정상적으로 동작할 때에는, 가스화제는 오직 상기 고온가스화부로만 공급될 것이다. 그러나, 만약 상기 가스화노의 출구 온도가 일정 온도로 떨어지거나, 또는 이러한 고장의 발생 위험이 감독자에 의하거나 자동 감지 장치에 의하여 감지될 경우, 가스화제는 상기 가스개질부는 물론 상기 고온가스화부로 공급되어, 타르가 형성되는 조건을 방지하게 된다.

본 발명에 따른 상기 바이오매스 탄화-가스화 시스템에 있어서, 상기 탄화장치에서 생성된 상기 탄화물(탄화차르)은 상기 가스화노의 상기 고온가스화부에 연료로 투입된다. 이와 동시에, 가스화제인 공기나 산소가 상기 고온가스화부에 투입된다. 상기 탄화물의 수분은 상기 탄화 처리로 제거되고, 결과적으로 상기 가스화노의 상기 고온가스화부 내부 공기는, 상기 타르의 분해 온도인 1100℃를 초과하는 높은 온도, 예를 들면, 1500℃ 또는 그 이상으로 유지될 수 있다. 반면에, 상기 탄화장치에서 부산물로 생성되어 상기 가스개질부로 투입된 상기 휘발성 열분해가스는 물을 포함하며, 상기 열분해가스의 수분은 상기 탄화장치에 투입된 상기 바이오매스의 총량에 비해 가스화 효율을 증대시키며, 이에 따라, 타르 성분이 없는 높은 열량의 가스가 효과적으로 생성된다.

요약하면, 본 발명은 상기 2단투입방식의 장점을 저하시키지 않고 상기 가스화노의 출구에서 타르 형성을 효과적으로 방지한다. 상기 생성 가스에 타르가 존재하지 않으며, 결과적으로 상기 타르 성분에 의한 상기 생성 가스의 열량 저하도 없다. 더욱이, 관로에 점착한 타르를 세척하기 위한 보조 장치의 사용이나, 상기 생성 가스의 열량을 저하시키게 되는 산소의 사용에 의한 타르의 분해 또한 불필요하다. 상기 탄화장치에서 부산물로 생성된 상기 가연성 열분해가스가 이용되기 때문에, 종래의 탄화-가스화 시스템에 비하여 높은 가스화 효율이 성취될 수 있다. 상기 가스화제는 분기된 관로를 통하여 하나의 가스화제 공급 장치에 의하여 상기 고 온가스화부와 상기 가스개질부로 공급되므로, 시스템 소형화에 있어서의 장점과 비용 절감을 실현할 수 있다.

탄화-가스화 시스템의 성능 연구에 더하여, 목질계 바이오매스와 도시의 고체 폐기물이나 폐 플라스틱과 같은 폐기물계 바이오매스로부터 얻은 가스화 연료로 동작하는, 가스 엔진, 가스 터빈, 그리고 연료전지를 사용하는 전력의 효과적인 생산과, 이러한 장치의 작동시에 방출되는 배출열의 효과적인 사용에도 주목하게 되었다.

바이오매스 발전을 위한 본 발명에 따른 상기 시스템은, 가스화 연료에 의하여 작동하며 작동시에 배출열을 방출하는 발전세트와, 바이오매스를 받으며, 상기 발전세트에서 방출된 배출열을 받아 상기 배출열을 바이오매스의 열분해와 탄화에 사용하고, 탄화차르와 휘발한 타르를 포함한 열분해가스를 생성하는 탄화장치로 이루어진다. 상기 발전시스템은 상기한 바와 같이 바람직하게는 2단 가스화노인 가스화노도 포함한다. 상기 가스화노는 상기 탄화장치로부터 탄화차르와 열분해가스를 받는다. 상기 가스화노에서는, 상기 탄화차르의 연소와 가스화가 수행되고, 타르를 포함한 상기 열분해가스는 개질화되어, 상기 가스화노는 가스화 연료를 생성하여 상기 발전장치가 작동한다.

상기 발전시스템은 바람직하게는, 상기 가스화노에서 생성된 상기 가스화 연료의 열 전달부와 상기 발전장치로부터 방출되는 상기 배출열 사이에 열교환기가 구성되어, 상기 탄화장치 내에서 바이오매스의 탄화를 위하여 사용되는 상기 열은 상기 발전장치로부터의 배출열 뿐 아니라, 상기 가스화노에서 생성된 상기 가스화 연료로부터의 열로 이루어진다.

상기 바이오매스 발전시스템에 있어서, 상기 탄화장치는 회전 작동하는 복수개의 탄화장치로 구성되는 것이 바람직하다. 탄화차르가 상기 가스화노로부터 두 번째 탄화장치로 공급되는 반면에, 첫 번째 탄화장치는 첫 번째 지연시간 동안 탄화를 수행하고 열분해가스를 운반한다. 이에 따라, 상기 두 번째 탄화장치는 바이오매스로 다시 채워지고, 상기 탄화장치의 역할은 서로 교체된다. 이것은, 탄화차르가 상기 첫 번째 탄화장치로 공급되는 반면, 탄화와 열분해가스 생성은 상기 두 번째 탄화장치에서 수행된다. 셋 또는 그 이상의 탄화장치가 유사한 형태로 회전하면서 작동될 수 있다. 더욱이, 상기 발전시스템에서, 상기 휘발한 타르로부터의 재는 바람직하게 상기 가스화노에서 용해되어 슬래그로 전환된다.

본 발명에 따른 상기 바이오매스 발전시스템에 있어서, 생성된 배출열을 이용하는 상기 탄화 방법과 상기 가스화 방법을 통합함으로써, 보조 연료의 사용 없이도 고효율 발전이 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 발전시스템은 적절하게는 위에 언급된 상기 2단투입방식을 이용한다.

상기 발전장치로부터 방출된 상기 배출열은 바람직하게는 약 600℃에서 700℃ 범위의 높은 온도에서 유지되며, 직접적 또는 간접적으로 상기 탄화장치로 공급된다. 이러한 열은 보조 연료의 사용 없이도, 바이오매스의 열분해와 탄화에 효과적으로 사용된다. 결과적으로 상기 시스템의 전체적인 열 효율은 높으며, 종래 시스템의 경우와 같이 보조 연료를 필요로 하지 않기 때문에, 상기 시스템은 환경적 영향에 있어서 바람직하다.

상기 탄화장치를 통과할 때, 상기 탄화장치에서 효과적으로 사용되는 시스템 배출열 뿐 아니라, 상기 바이오매스 연료도 열분해가스와 활동성의 영향을 받아, 미세한 분말 물질로 전환된다. 더욱이, 상기 탄화장치로 공급된 상기 배출열이 약 600℃에서 700℃ 범위의 온도로 유지된다면, 상기 바이오매스 연료의 수분을 충분히 증발시킬 수 있어, 적은 양의 수분을 갖은 높은 열량의 탄화된 연료를 생성한다. 상기 탄화장치 내부의 상기 탄화차르 온도는 약 500℃에서 600℃ 범위로 유지되는 것이 바람직하며, 고품질의 탄화된 연료가 생성된다. 그러나, 상기 바이오매스 연료가 상기한 바와 같은 미세한 분말 형태로 전환된다 하더라도, 상기 바이오매스 연료의 균일한 분쇄는 수행되기 어렵다. 따라서, 상기 바이오매스 연료가 비록 미세한 분말 형태라 할지라도, 입자의 분포는 어느 정도 범위로 나타날 것이다. 그러나, 가스화 수행에 대한 문제를 방지하기 위하여 충분한 분쇄를 수행하는 것은 가능하다. 본 시스템의 상기 탄화장치가 건조, 분쇄, 그리고 가스화를 수행하고, 결과적으로 별도의 분쇄기는 불필요하다.

상기 가스화노 내에서, 상기 탄화장치로부터 얻은 상기 고품질 탄화차르의 연소와 가스화는 상기 가스화노의 상기 노 내부의 온도를 적어도 상기 타르의 분해 온도만큼 높은 온도로 상승시키며, 배관에 상기 타르가 점착되는 문제가 방지되고, 세척이나 보조적인 타르 제거 장치의 필요성이 배제된다. 더 나아가, 상기 가스화노의 노 내부 온도가 이러한 높은 수준으로 유지된다면, 다이옥신의 생성 또한 예방된다. 추가적으로, 수증기 활동 및 산소의 사용에 의한 상기 타르의 분해가 필요 치 않기 때문에, 상기 발전장치의 연료로 사용되는 상기 가스의 열량 저감이 방지되고, 전반적인 시스템 효율은 상승한다.

상기 가스화노의 높은 온도 때문에, 재를 용해시키는 것이 가능해지고, 방출되기 이전에 중금속의 용출 위험이 적은 슬래그 형태로 전환된다. 따라서, 폐기물계 바이오매스를 연료로 사용하는 것이 가능하며, 별도의 장치에서 재를 슬래그화 할 필요가 없다. 이에 따라, 본 발명을 통하여, 폐기물계 바이오매스와 혼합된 목질계 바이오매스는 연료로 사용될 수 있으며, 충분한 양의 바이오매스 연료 채집은 계절의 변화와 날씨의 변화에 영향을 적게 받게 된다. 비용의 절감과, 바이오매스 연료의 채집에 필요한 시간과 노력은 상당히 저감될 수 있다. 일반적으로 높은 채집 비용을 갖는 목질계 바이오매스의 사용과 비교하여, 도시의 고체 폐기물, 폐 플라스틱 등과 같은 폐기물계 바이오매스의 사용은 다른 경제적 이점 또한 가지고 있다. 목질계 바이오매스와 함께 폐기물계 바이오매스의 사용으로 출력이 안정될 수 있을 뿐 아니라, 본 발명은 발전 설비의 규모 확장 또한 용이하게 하고, 이에 따라, 높은 발전 효율을 실현한다. 더욱이, 재가 녹아 슬래그로 된다는 점에 중요한 생태학적 이점이 있는 것이다.

본 발명에 따른 상기 바이오매스 발전시스템에 있어서, 이전에 존재하지 않았던 장치인, 탄화차르의 가스화, 타르의 분해, 그리고 재를 슬래그로 용융시키는 것을 동시에 수행할 수 있는 가스화노의 사용에 의해, 향상된 효율과 공간의 절감 모두가 실현될 수 있다. 본 발명은 목질계 바이오매스와, 별도의 분쇄기에서 연료를 분쇄시킬 필요가 없어, 분쇄성에 개의치 않는 폐기물계 바이오매스를 사용할 수 있다는 이점 또한 가지고 있다. 결과적으로, 상기 발전시스템의 전체적인 크기와 전체적인 비용은 적게 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 바이오매스 발전시스템을 통하여, 더 이상 재의 유해 성분 용출을 걱정할 필요가 없으며, 상기 용출의 위험에 대응하는 대응책은 더 이상 필요치 않다. 예를 들어 5% 또는 그 이상의 재를 포함한 폐기물의 경우, 유해한 환경적 영향을 예방하기 위하여 상기 재를 슬래그로 전환시켜야 한다. 재를 슬래그로 전환시키는 것은 본 발명에 따른 상기 바이오매스 발전시스템에서 손쉽게 수행된다. 고온 조건를 조성하기 위하여 예를 들어, 약 1%의 재를 포함한 시더목재(cedar)나 이와 유사한 것을 사용할 필요는 없다. 본 발명에 있어서, 비교적 적은 양의 재는 상기 생성 가스와 함께 비산하는 재의 형태로 상기 가스화노의 출구를 통하여 방출될 수 있으며, 상기 재는 상기 가스화노 단계의 후류에 설치된 가스정제장치에서 포집될 수 있다. 본 발명에 따른 상기 바이오매스 발전시스템에 있어서, 상기 바이오매스 연료의 재 성분에 따라 비록 동일한 상기 노가 둘 모두의 경우에 사용될지라도, 재가 용해되는 작업과 재가 용해되지 않는 작업 사이에서 선택될 수 있다.

상기 바이오매스 발전시스템에 있어서, 상기 가스화노의 상기 생성 가스 열은 상기 탄화장치의 작동에 사용하기 위한 상기 발전장치의 상기 배출열로 복원될 수도 있다. 결과적으로, 상기 탄화장치는 높은 열효율로 고온에서 작동 할 수 있다.

복수 개의 탄화장치 사용과, 탄화차르와 상기 열분해가스를 상기 가스화노에 연속적으로 공급하기 위한 상기 탄화장치의 회전 동작에 의하여, 개선된 작동이 수행될 수 있다.

도 1에 도시한 본 발명의 실시예는, 목질계 바이오매스, 도시의 고체 폐기물을 포함한 폐기물계 바이오매스, 그리고 이러한 바이오매스의 혼합물과 같은 바이오매스 연료(1)를 열분해 시키기 위한 바이오매스 탄화-가스화 시스템이다. 상기 바이오매스 탄화-가스화 시스템은, 탄화물(4)을 생성하기 위하여 바이오매스 연료(1)를 받아 가열하기 위한 탄화장치(2)와; 상기 탄화물(4)을 가스화하기 위한 고온가스화부(8)와, 가연성 열분해 가스(3)를 개질하기 위한 가스개질부(9)로 이루어진 2단 가스화노(7)와; 상기 탄화물(4)을 상기 가스화노(7)의 상기 고온가스화부(8)로 공급하기 위한 탄화물공급수단(13)과; 상기 가연성 열분해 가스(3)를 상기 가스화노(7)의 상기 가스개질부(9)로 보내기 위한 열분해가스유로(12)와; 가스화제(5)를 상기 가스화노(7)의 상기 고온가스화부(8)로 공급하고, 산소를 포함한 가스화제(6)를 상기 가스개질부(9)로 공급하기 위한 가스화제공급수단(14)으로 구성된다.

상기 열분해가스(3)는 상기 탄화물(4)을 생성하는 공정에서 휘발한 타르를 포함한다. 만약 상기 가스화노(7)의 출구(10) 온도가 일정 온도 이상으로 유지되지 않는 다면, 이러한 휘발한 타르는 관로에 쌓이는 타르를 형성한다. 일반적인 작동시, 상기 가스화제(5)는 상기 고온가스화부(8)에 지속적으로 공급된다. 그러나, 상기 가스화제(6)는, 상기 가스화노(7)의 출구(10) 온도가 일정 온도로 떨어지거나, 또는 상기 온도가 일정 온도로 떨어질 위험성이 있을 경우에만, 상기 가스개질부(9)로 공급된다.

상기 바이오매스 연료(1)는 많은 수분과 낮은 분쇄성을 갖으며, 이는 비정제된 상기 바이오매스 연료를 분류상 가스화노에 의해 처리하기에 부적합하게 만든다. 따라서, 도 1에 도시한 상기 실시예에 있어서, 상기 가스화노(7)로 투입되기 이전에 상기 탄화장치(2) 내에서, 상기 바이오매스 연료(1)는 휘발성의 가연성 열분해가스(3)와 탄화물(4)로 분리되는 탄화-가스화 방법이 채택된다. 상기 열분해가스(3)는 상기 바이오매스 연료(1)의 수분과 휘발성 물질을 포함하며, 상기 탄화물(4)은 주로 고정 탄소와 재로 이루어진다.

상기 탄화장치(2)는 상기 바이오매스 연료(1)를 열분해하기 위한 내측부분과, 상기 내측부분을 둘러싸는 자켓(2a)으로 이루어진 2중 구조로, 바람직하게는 약 600℃ 온도의 가스(11)가 상기 자켓(2a)으로 보내져, 상기 바이오매스 연료(1)를 간접적으로 가열하고, 외기로부터 상기 탄화장치가 차단된 무산소 상태 하에서 수분의 증발과 유기물의 열분해를 통하여 탄화를 수행한다. 이후에 언급될, 상기 바이오매스 연료의 상기 탄화 공정은 가스엔진, 가스터빈, 연료전지, 또는 상기 가스화노에서 생성된 가스를 연료로 사용하는 다른 발전장치로부터의 배출열을 사용함으로써 수행될 수 있다.

상기 바이오매스의 수분과 상기 가연성 열분해가스(3)는 상기 탄화장치(2)의 상부로부터 지속적으로 방출되며, 상기 탄화물(4)은 상기 탄화장치(2)의 하부로부터 방출된다. 상기 수분과 상기 가연성 열분해가스(3)는 상기 열분해가스유로(12)를 통하여 상기 가스개질부(9)로 보내진다. 상기 탄화물(4)은 상기 탄화물공급수단(13)을 통하여 상기 가스화노(7)의 상기 고온가스화부(8)로 보내진다. 상기 탄화물 공급수단(13)은 예를 들어 스크류 공급기와 같이, 적합한 어떠한 공급 수단이 될 수도 있다.

상기 가스화노(7)는, 상기 탄화장치(2)로부터 공급된 상기 탄화물(4)과, 수분과 휘발성 물질을 포함한 상기 가연성 열분해가스(3)가 가스화 반응을 겪게 함으로써, CO(일산화탄소)와 H₂(수소)를 생성한다.

상기 가스화제공급수단(14)은, 상기 가스화제가 오직 상기 고온가스화부(8)로만 공급되는 상태와, 상기 가스화제가 상기 고온가스화부(8)와 상기 가스개질부(9) 둘 모두로 공급되는 상태 사이에서 선택적으로 전환 가능하다. 공기나 산소는 상기 가스화제공급수단(14)에 의하여 공급됨에 따라, 상기 고온가스화부(8)에서, 또는 상기 고온가스화부(8) 및 상기 가스개질부(9) 둘 모두에서 연소 반응이 발생하도록 한다. 상기 가스화제공급수단(14)은 공기 송풍과 적절한 관로로 이루어진 장치이다.

도 1에는, 두 개의 가스화제공급수단(14)이 편의를 위하여 분리된 요소로 도시되어 있으며, 상기 고온가스화부(8)로 공급되는 상기 가스화제는 도면부호 5로 기재되어 있으며, 상기 가스개질부(9)로 공급되는 상기 가스화제는 도면부호 6으로 기재되어 있다. 그러나, 상기 가스화제공급수단(14)은, 상기 가스화제(공기나 산소)가 오직 상기 고온가스화부(8)로만 공급되는 상태와, 상기 고온가스화부(8) 및 상기 가스개질부(9) 둘 모두로 공급되는 상태로 전환될 수 있는, 분기된 관로와 밸브를 갖는 단일의 공급기로 이루어질 수 있다. 여기에서 단일의 공급기는 분기된 공급 관로를 사용함으로써, 상기 시스템의 전체적인 크기 감소와 비용의 절감이 실현될 수 있다.

상기 탄화장치(2)로 공급된 상기 바이오매스 연료(1)는 우선, 탄화되기에 충분히 긴 시간 동안, 상기 탄화장치(2) 내에서 예를 들어 약 600℃ 온도로 간접적인 열분해를 겪게 된다. 특히, 상기 바이오매스 연료(1)의 탄화시에, 수분 및 휘발성 물질은 상기 탄화장치(2)의 상부로 배출되어, 상기 열분해가스유로(12)를 통하여 상기 가스개질부(9)로 보내진다. 상기 바이오매스 연료(1)의 열분해에 요구되는 시간은, 비정제 물질의 종류와 수분 함유량에 따라 결정된다. 그 예로서, 만약 상기 온도가 약 600℃로 설정된다면, 탄화는 일반적으로 약 30분에서 한 시간동안 수행된다. 충분한 탄화 이 후, 고정 탄소, 재, 그리고 비교적 소량의 휘발성 물질을 포함한 상기 탄화물(4)은 상기 탄화장치(2)로부터 방출된다. 따라서, 상기 탄화장치(2)의 상기 탄화물(4) 및 상기 휘발성 가스는 별도의 시스템을 통하여 상기 가스화노(7)에 공급된다.

상기 가스화제(5)는, 상기 가스화노(7)의 하부인 상기 고온가스화부(8)로 공급되고, 상기 고온가스화부(8)에서는 상기 탄화물(4)을 연료로 사용하여 연소 및 가스화가 수행된다. 상기 바이오매스의 수분은 제거되었고, 이 단계에서 상기 탄화물(4)은 비교적 물을 갖고 있지 않기 때문에, 1500℃를 초과하는 온도의 고온 가스가 생성될 수 있다. 더욱이, 상기 가스화노(7)의 상부인 상기 가스개질부(9)에서는, 열원으로 상기 고온 가스를 사용하여, 상기 탄화장치(2)로부터 공급된 상기 열분해가스(3)에 포함된 타르를 분해함으로써 가스의 개질이 수행된다.

만약, 상기 시스템 상에서 상기 탄화물(4)의 유동율에 비하여 상기 가연성 열분해가스(3)(일반적으로 약 400℃에서 600℃ 범위의 온도)의 유동율이 높다면, 상기 고온가스화부(8)로부터의 가스는 상기 가스개질부(9) 내에서 급격한 온도 저감을 겪을 수 있다. 상기 가스개질부(9)의 가스 온도는 타르의 분해 온도인 1100℃ 보다 낮은 온도로 저하되어서는 않된다. 따라서, 만약 상기 온도가 1100℃까지 저하되거나, 또는 감지 장치나 감독자에 의하여 온도 저하와 같은 긴박한 위험성이 존재한다고 판단된다면, 공기나 산소를 포함한 가스화제(6)가 상기 가스개질부(9)에 공급되고, 상기 가연성 열분해가스(3)의 일부는 연소에 영향을 받게 되어, 상기 고온 가스의 온도를 적어도 1100℃의 온도로 상승시킴으로써, 타르의 분해가 수행될 수 있다.

상기 가스화노(7) 내부의 반응은 다음과 같은 단순한 화학식으로 표현될 수 있다. 상기 고온가스화부(8)에서의 연소 반응은 다음과 같이 표현된 반응을 포함한다.

CO + 1/2 O₂ → CO₂ 그리고

H₂ + 1/2 O₂ → H₂O

여기에서, 상기 가스화반응은 다음과 같이 표현된 반응을 포함한다.

C + CO₂ → 2CO 그리고

C + H₂O → CO + H₂

위에 표현한 상기 반응 이후, CO, CO₂, H₂, H₂O, N₂, 고정 탄소, 그리고 재는 상기 고온가스화부(8)로부터 상기 가스개질부(9)로 이동한다. 이후, 상기 가스개질부(9)에서는, 다음과 같이 표현된 시프트반응이 일어난다.

CO + H₂O ↔ CO₂ + H₂

상기 고온가스화부(8)에서 진행된 상기 연소 반응 및 상기 가스화 반응의 결과로 얻은 재는 상기 가스화노(7)의 바닥으로 배출되는 용해된 슬래그로 전환된다.

다양한 변화와 수정이 상기한 장치에서 이루어질 것이다. 이후에 나타낼 예로, 복수 개의 탄화장치는 상기 가스화노에 탄화물 및 가연성 열분해 가스의 연속적인 공급을 위하여 시간 간격을 두고 작동하는 것이다. 더욱이, 상기 가스화노에서, 상기 고온가스화부 및 상기 가스개질부는 이들 사이에 별도의 구분이 없는 한 개의 챔버로부터 공급될 수 있다. 예를 들어, 단일 챔버가 사용되거나, 또는 두 부분 사이를 제한하는 단일의 챔버가 사용될 수 있다.

목질계 및 폐기물계 바이오매스('폐기물'로 언급될) 가스화 방법을 시험하기 위하여, 본 발명자는 상기 연료의 조성 및 가스화 반응율을 기초로하여, 손쉽게 가스화 성능을 예측하기 위한 계산법을 성립하였고, 고효율 및 안정된 운전을 지향하 는 운전 조건의 목표 범위에 대한, 다양한 종류의 연료 가스화 방법을 시험하였다.

재단법인 전력중앙연구소(이후에 단지 "당소"로 언급된)에 의해 개발된, 석탄 가스화노 및 초중질유 가스화노를 대상으로 한, 고정밀 수치해석에 대한 기술을 통하여, 입자 거동, 가스의 성분, 가스온도의 분포 등과 같은 상기 가스화노(7)의 각종 성능에 대한 상세한 결과를 얻기 위하여, 계산 격자를 준비하는 데 많은 시간이 소비되었고, 하나의 조건을 계산하는 데 수 시간이 소요된다. 따라서, 당소는 가스화 방법, 최적 운전 조건 등을 손쉽게 검사할 수 있도록, 대상에 따른 연료 종류의 성분 및 가스화반응율을 기초로하여, 탄소전환율, 냉각가스효율, 가스 온도 등의 각종 가스화 성능을 간단하게 예측할 수 있는 계산법을 성립하였다. 상기 계산법에서, 상기 가스화노(7) 노벽으로부터의 복사, 입자의 거동, 상기 가스화노(7)의 형상 등은 고려되지 않고, 가스화반응율과 가스상반응율을 기초로 하여, 상기 가스화노(7) 내에 투입된 연료가 경과시간 후에, 어느 정도의 반응이 진행되었는지 파악하는 것은 가능하다.

성립된 상기 계산법은 아래에 간략하게 기재되어 있다. 상기 가스화노(7)에 투입된 연료인, 성분 분석값으로 알아낸 고정 탄소는 가스화 반응을 위한 대상물인 코크스이며, 휘발성 물질은 상기 가스화노(7)에 투입된 후 열분해에 의하여 가스로 즉시 변환된다. 더욱이, H₂O형태의 상기 수분은 수성가스 반응 및 시프트 반응에 관여하기 위하여 상기 가스화로(7)에 투입된다.

휘발성 물질인 C, H, 그리고 O는 가스의 형태로 투입되어, 아래에 주어진 Ks 에 대한 식으로 나타낸 평형상수(시프트 평형상수 Ks)를 기초로 하여, 시프트 평형상태(CO+H₂O=CO₂+H₂)로 되는 것을 기본으로 한다. 그러나, 만약, 상기 연료의 C, H, 그리고 O의 상기 조성을 기초로하여 CO, CO₂, H₂, 그리고 H₂O의 비율을 결정하고자 한다면, O는 대부분의 경우에 있어서 부족하다. 따라서, 상기 시프트 평형상태가 실현 불가능한 때에 O는 C와 결합하여 CO를 형성하고, 더욱이, O가 C에 비하여 부족한 경우에는, 가스화제의 O를 사용한다. 수소는 H₂로 된다.

초기 온도는, 상기 연료와 상기 가스화제(공기, 산소)의 현열(顯熱)과, 상기 휘발성 물질이 CO 등으로 변환되었을 때의 열량을 각각 기초로 하여 결정된다. 각종 가스의 평균정압비열(Cpi)은 아래에 나타낸 가스 온도에 대한 6차 다항식으로 근사하게 산출된다.

상기 Ks에 대한 식은:

Ks = ([CO₂] × [H₂]) ÷ ([CO] × [H₂O])

= 0.0265 × exp(3956 ÷ (T + 273))

여기에서 T는 ℃.

상기 Cpi에 대한 다항식은 다음과 같이 정리된다.

Cpi = Ai + BiT + CiT² + DiT³ + EiT⁴ + FiT⁵ + GiT⁶

상기 가스화노(7) 내부에서, 아래의 식으로 나타낸 네 가지 가스의 상 반응은 고려되지만, 메탄, 황, 그리고 기타 미량의 성분과 관계된 반응은 고려하지 않는다.

CO + 1/2 O₂ → CO₂

H₂ + 1/2 O₂ → H₂O

CO + H₂O → CO₂ + H₂

CO₂ + H₂O → CO + H₂O

아래의 표 1은 각각의 가스 상 반응(위의 화학식 번호 참조) 계산을 이용한 반응속도정수를 나타낸다.

화학식	A	b	E(J/kmol)
8	2.2 × 10¹²	0	1.67 × 10⁸
9	0.68 × 10¹⁶	-1	1.68 × 10⁸
10	2.75 × 10⁹	0	8.38 × 10⁷
11	2.65 × 10^-2	0	3.96 × 10³

코크스의 상기 가스화 반응을 살펴보면, 아래에 주어진 화학식 13 내지 화학식 15에 나타낸 세 가지 반응이 고려된다. 가스화 반응속도정수는, 당소의 열평형과 PDTF(초고온·가압형 연료반응 시험설비)의 사용에 의하여 측정된 값이 채택되었다. 코크스 가스화 반응속도 모델에는, 아레뉴스(Arrhenius)식 12로 나타낸 온도 및 압력의 영향을 고려한 n차 반응속도 식이 채택되었다. 표 2는 가스화 반응속도정수의 예로 시더목재 껍질(cedar bark)의 값을 나타내었다. 당소에 의하여 추가적으로 진행된 연구에 따라, 고온 영역에서 가스화 반응의 속도가 제한된다는 것을 알게되었다. 결과적으로, 화학식 14로 나타낸 CO₂에 의한 가스화 반응을 반영하여, 표 2에 나타낸 저온 영역와 고온 영역에서의 각 가스화 반응속도를 서로 비교하여, 작은 값을 채택한다. 더욱이, 당소에 의하여 추가적으로 진행된 연구에 따라 화학식 15로 나타낸 H₂O에 의한 상기 가스화 반응은 CO₂에 의한 상기 가스화 반응보다 빠르다는 것을 알게되었고, 이러한 경우, 상기 개질부는 후자에 비하여 1.5배 빠른 것으로 추정된다.

dx/dt = A_oP_i ⁿexp(-E_Ai/RT)

CO + 1/2 O₂ → CO

C + CO₂ → 2CO

C + H₂O → CO + H₂

화학식	A_o	n	E_A(J/kmol)
13	3.53 × 10⁶	0.68	1.30 × 10⁸
14(저온 영역)	3.64 × 10¹⁰	0.49	2.77 × 10⁸
14(고온 영역)	4.95 × 10⁶	0.745	1.78 × 10⁸

상기 가스화노(7)는 내열성 물질로 만들어진 것이며, 상기 가스화노(7)의 노벽으로 소실됨에 따른 열손실율은, 당소의 신종 액체연료 가스화 연구 노로 진행된, 오일 에멀션 및 잔존 오일에 대한 가스화 시험으로부터 알아낸, 아래의 식으로 나타낸 상기 가스화노(7) 출구에서의 가스 온도와 열 입력량에 대한 열손실율 사이의 관계를 이용하여 알 수 있다. 1370℃ 미만의 온도에서는, 상기 오일 에멀션에 대한 상기 가스화 시험으로부터 얻은 첫 번째 식이 사용되고, 반면에 상기 잔여 오일에 대한 상기 가스화 시험으로부터 얻은 두 번째 식은 1370℃ 이상의 온도에서 사용된다. 상기 열손실율은 상기한 식들로부터 얻은 상기 가스화노(7)의 출구 온도를 기초로하여 결정되고, 더 나아가, 보정은 상기 열 입력량에 대한 상기 가스화노(7)의 벽면 넓이의 비율을 고려하여 결정된다. 결과적으로, 상기 가스화노(7)의 규모 확장에 따른 영향이 고려될 수 있다.

1370℃ 미만의 온도에서:

열손실율(%) = 3.7666×10^-34×가스화노 출구 온도(℃)^10.836

1370℃ 이상의 온도에서:

열손실율(%) = -2.97×10^-5×가스화노 출구 온도(℃)²

+ 9.545×10^-2×가스화노 출구 온도(℃)

- 71.35

상기 계산법의 정확성을 확인하기 위하여, 당소에 의하여 진행된 오일 에멀션에 대한 상기 가스화 시험 결과와 비교해 보았다. 도 2는 시험값과 상기 시험에서 상기 가스화 반응이 거의 종료되었을 때, 상기 노 내에서 약 5초의 체류시간 후, 0.40의 산소비율(λ)에서 계산값의 비교를 나타낸다. 상기 반응율정수는 당소의 상기 PDTF에서 측정된 값이 채택되었다.

도 2에서는, 생성가스 열량(HHV : 높은 열량), 탄소전환율(CCE), 그리고 냉각가스효율(CGE)의 각종 가스화 성능에 대한 상기 시험값과 상기 계산값이 실질적으로 서로 일치한다는 것을 알았다. 각종 가스의 각 성분 사이에서 미소한 차이가 발견되었다. 그러나, 가연성 성분인 H₂와 결합하는 CO의 농도가 상기 시험값과 실질적으로 일치하기 때문에, 냉각가스효율의 두 값은 실질적으로 서로 일치한다. 상기 연료의 휘발성 물질 내에 대부분의 C가 상기 가스화노(7) 내로 투입된 직후 CO로 전환되기 때문에, CO 농도가 다소 높은 값으로 계산된 것으로 추측된다.

위에 언급한 바와 같이, CO가 다소 높은 값의 농도로 계산되고, 다른 성분이 다소 낮은 값으로 계산되더라도, 가스화 속도를 나타내는 상기 탄소전환율과 냉각가스효율은 가스화 성능 예측의 관점에서 만족스런 값에 존재한다.

바이오매스의 일례로 시더목재 칩을 고효율로 가스화하는 방법은 성립된 상기 계산법의 사용에 의하여 검사된다. 검사에 있어서, 아래의 사항에 대한 특별한 주의가 요구된다.

- 상기 고온가스화부(연소기)(8)(2단 방식 가스화노의 경우) 출구에서의 가스온도...상기 연소기 벽의 내열(2000℃ 이하)과 용해된 재의 방출(1600℃ 이상)의 관점으로부터 고려.

- 상기 가스화노(7) 출구에서의 가스 온도...타르 생성(1100℃ 이상)의 관점으로부터 고려.

- 상기 탄소전환율...재활용 설비(99.5% 이상 : 상기 냉각가스효율 75% 이상) 없이 상기 연료의 고효율 사용의 관점으로부터 고려.

표 3은 검사에 사용된 상기 시더목재 칩의 성분을 나타낸다. 상기 시더목재 칩에 포함된 상기 재 성분은 극소량(0.09%)이기 때문에, 상기 재는 다음 방출을 위하여 상기 가스화노(7) 내부에서 슬래그화 및 용해되는 대신에, 비산하는 재로 후류에서 방출되는 것으로 추측된다. 상기 가스화 반응속도정수는 표 2에 나타낸 상기 시더목재 껍질에 대한 값을 사용한다.

C	H	O	N	S	Cl	고정 탄소	재	수분
30.45	3.71	25.68	0.06	0.01	<0.01	6.07	0.09	40

(* 재의 용융점은 1600℃로 가정)

1단분류상방식

우선, 단일 구조를 사용한 1단분류상방식을 살펴보면, 최적운전조건은 각각 산소불어넣음과 공기불어넣음 방식의 경우로 검사된다. 타르의 형성을 방지하기 위하여 상기 가스화노(7) 출구에서의 온도는 1100℃ 이상이고, 높은 가스화율의 관점으로부터 상기 탄소전환율은 99.5% 이상의 조건이 요구된다. 상기 검사는 다음의 조건 하에서 수행된다.

- 상기 가스화노 내부 압력은 대기압이고, 가스화노 용량은 100t/d이다.

- 상기 가스화노 내부의 체류시간은 상기 시험에서 상기 가스화 반응이 거의 완료되는 약 5초이다.

산소불어넣음 1단분류상방식

도 3 및 도 4는 상기 산소불어넣음방식에 대한 검사 결과를 도시한다. 산소제조장치로부터 공급된 산소는 일반적으로 95%의 농도이므로, 상기 가스화제의 산소 농도는 95%이고, 나머지 5%는 질소이다. 상기 가스화제의 투입 온도는 50℃이다. 계산 결과로부터, 산소비율 범위가 0.58을 초과한 상태에서 99.5% 이상의 탄소전환율로 고효율 운전이 가능하다는 것이 예측되었다. 일반적으로, 바이오매스는 연료의 O성분이 높기 때문에, 열량은 화석연료에 비해 낮다. 결과적으로 계산을 통하여, 상기 산소불어넣음방식이라 할지라도 상기 가스화노(7) 내부 온도가 충분히 높게 유지된 상태로 운전을 수행하기 위해서는, 0.58을 초과하는 높은 산소비율에서의 운전이 요구된다는 것을 알았다. 이 경우, 고효율 운전의 또 다른 지표인 상기 냉각가스효율은 58.9%이고, 상기 생성가스 열량은 약 1000kcal/m³N으로 낮아진다.

공기불어넣음 1단분류상방식

도 5는 상기 공기불어넣음 방식의 경우, 상기 탄소전환율과 상기 가스화노 출구에서의 가스 온도의 계산 결과를 보여준다. 상기 공기 투입 온도는 250℃이다. 상기 산소불어넣음 방식의 경우와 비교해보면, 동일한 산소비율에서 작동할 때 상기 질소의 양이 약 70배(상기 가스화제의 질소 : 5% → 79%) 증가하기 때문에, 동일한 산소비율에서 작동할 때 상기 탄소전환율과 가스 온도 둘 모두는 저하를 경험한다. 결과적으로, 상기 산소비율이 0.80일지라도, 99%를 초과하는 탄소전환율을 달성하는 것이 불가능하다. 따라서, 상기 1단분류상방식의 공기불어넣음 가스화를 수행하는 것은 어려울 것으로 생각된다.

탄화-가스화방식

높은 수분을 포함한 바이오매스를 가스화를 위하여, 상기 연료가 상기 가스화노(7)에 투입되기 이전에, 상기 탄화장치(2) 내부에서 전처리 방법에 의하여 주로 고정 탄소로 이루어진 상기 탄화물(4)과, 물과 연료의 휘발성 물질을 포함한 휘발성 열분해가스(3)로 분해되는 방법에 대하여 검사가 수행되었다.

상기 바이오매스 연료는 상기 탄화장치(2)로 공급되고, 600℃에서 충분히 긴 시간동안 탄화된다. 탄화는 가스화노(7)의 공정 후류로부터 고온 배출가스를 생성시킨다. 상기 수분과 휘발성 물질은 탄화하는 동안 상기 탄화장치(2)의 상부로 배출되고, 충분한 탄화 후, 고정 탄소, 재, 그리고 소량의 휘발성 물질을 포함한 상기 탄화물(4)은 상기 탄화장치(2)로부터 배출된다. 따라서, 상기 탄화장치(2)의 상기 탄화물(4)과 상기 열분해가스(3)(휘발성 가스)는 각기 다른 경로를 통하여 상기 가스화노(7)에 공급된다. 가스화를 위한 상기 최적운전조건을 결정하기 위하여, 상기 탄화물(4)과 상기 열분해가스(3)를 상기 가스화노(7)에 어떻게 공급할지 검사가 필요하다.

최적의 방법을 검사해보면, 시더목재 칩의 휘발특성은 상기 시더목재 칩에 어느 정도 양의 휘발성 물질이 휘발하는 가에 의하여 결정된다. 그 결과, 600℃에서 92.6%의 휘발성 물질이 휘발하게 된다. 따라서, 상기 탄화물(4)은 고정 탄소와 재 이외에 7.4%의 상기 휘발성 물질을 포함하고 있다.

1단투입방식

우선, 상기 탄화장치(2)에서 분리된 상기 탄화물(4) 및 상기 휘발성 열분해가스(3) 둘 모두가 오직 상기 고온가스화부(8)에만 투입되는 상기 1단투입방식에 대한 검사가 실시되었다. 이 경우, 상기 탄화장치(2)를 포함하지 않는 가스화노 만의 효율에 대한 검사가 실시되었다. 상기 1단 분류상노를 검사한 경우에, 상기 가스화노 내부 압력은 대기압, 상기 가스화노의 용량은 100t/d, 상기 가스화노 내부에서의 체류시간은 5초, 그리고 상기 가스화제의 산소 농도는 95%인 조건 하에서 검사가 실시되었다. 도 6 및 도 7에 계산 결과를 나타내었다.

이러한 경우, 상기 1단분류상노에 비하여, 상기 바이오매스 연료(1)는 상기 탄화장치(2)에서 전처리 영향을 받기 때문에, 투입 온도는 600℃로 상승하고, 상기 수분이 수증기로 공급되기 때문에, 상기 가스화노(7) 내부의 가스 온도는 잠열의 부족으로 인하여 상승하게 되어, 상기 탄소전환율, 냉각가스효율 등과 같은 상기 가스화 성능은 동일한 산소비율을 기초로 하여 증가한다(도 3 및 도 4 참조). 상기 산소비율이 0.27을 초과하는 영역에서 상기 탄소전환율은 99.5% 이상이며, 이때 상기 냉각가스효율은 85%를 초과하는 높은 값이라는 것을 계산으로부터 알 수 있다.

다음으로, 상기 공기불어넣음 방식에 대한 검사를 실시하였다. 공기 투입 온도가 250℃인 경우, 상기 1단분류상노의 경우와 비교해 보았다. 도 8 및 도 9는 계산 결과를 나타낸다. 상기 산소불어넣음 방식의 경우에 있어서, 상기 1단분류상노와 비교하여 동일한 가스비율로 운전되는 경우, 상기 가스화노(7) 내부의 가스 온도 상승은 상기 탄소전환율과 냉각가스효율의 증가를 수반하게 됨으로써, 상기 공기불어넣음 방식에서도 고효율 운전이 가능해진다. 상기 탄소전환율이 99.5% 이상인 고효율 운전은 산소비율이 0.43 이상에서 실현될 수 있다는 것을 계산 결과로 알 수 있었다. 그러나, 이 경우 상기 냉각가스효율이 67.8%이고, 상기 생성가스 열량은 약 840kcal/m³N로 낮아진다.

2단투입방식

다음은, 상기 탄화장치(2)에서 분리된 상기 탄화물(4)은 상기 고온가스화부(8)에 투입되고, 상기 휘발성 열분해가스(3)는 상기 가스개질부(9)(환원장치)에 투입되는, 상기 2단투입방식에 대하여 실시한 검사이다. 상기 가스화제(5)는 오직 상기 고온가스화부(8)로만 투입되며, 상기 탄화물(4)과 상기 가스화제(5) 간에 발생하는 반응에 의하여 고온 연소 영역이 상기 고온가스화부(8)에서 형성되고, 상기 가스개질부(9)에 투입된 수분과 휘발성 물질에 의하여 시프트 반응을 주 기반으로하는 상기 가스 개질 반응이 상기 가스개질부(9)에서 진행된다. 도 10 및 도 11은 계산된 결과를 나타낸다. 상기 체류시간은 상기 고온가스화부(8) 내에서 3초, 그리고 상기 가스개질부(9) 내에서 1초로 설정된다. 이 경우에, 아래의 이유들에 의하여 산소불어넣음 운전을 수행하는 것은 어려울 것으로 생각된다. 첫째, 상기 고온가스화부(8)는 3000℃를 초과하는 온도에서 상기 고온연소영역으로 전환된다. 둘째, 상기 탄화장치(2)로부터 공급된 상기 휘발성 가스의 양이 상기 고온가스화부(8)로부터 상기 가스개질부(9)로의 가스 유동속도에 비하여 많으며, 급격한 온도 저하가 상기 가스개질부(9) 내부에서 발생함으로써, 적어도 1100℃의 수준으로 상기 가스화노의 출구 온도를 유지하는 것을 불가능하게 한다. 결과적으로, 단지 상기 공기불어넣음 방식의 경우에 대해서만 검사가 실시되었다.

탄소전환율 99.5% 이상의 고효율 운전은 초저 산소비율 0.14로 운전됨으로써 이미 실현 가능하다는 것이 도 10 및 도 11로부터 예상된다. 이러한 관점에서, 상기 고온가스화부(8)의 상기 산소비율은 오직 0.56이다. 그러나, 상기 가스화노의 출구 온도는 약 900℃이고, 이 온도는 타르의 형성과 관련된 것이다. 반면에, 산소비율 0.20로 상기 가스화노의 출구 온도가 1100℃에 도달한 시점에서, 상기 고온가스화부(8)의 출구 온도는 2200℃로 계산되며, 상기 노 벽의 내열이 고려되었을 때, 이는 운전 불가능한 산소 비율 조건을 나타내는 것으로 생각된다.

계산을 기초로하여, 상기 고온가스화부(8)의 출구 온도는 산소비율 0.17에서 2000℃를 초과할 것으로 예상되며, 이 때, 상기 가스화노의 출구 온도는 안정적인 운전을 위한 지침으로 고려된 상기 온도인 1100℃보다 낮은 1030℃이다. 이것은, 약 2300m³N/h인 상기 고온가스화부(8)로부터의 상기 가스의 유동속도와 비교하여, 약 5400m³N/h인 상기 탄화장치(2)로부터 상기 가스개질부(9)로 공급되는 상기 휘발성 가스의 유동속도는, 상기한 전자에 비하여 거의 2.5배 더 높기 때문에, 약 2000℃인 상기 고온가스화부(8)로부터의 상기 가스 온도는 급격하게 낮아지게 된다. 따라서, 상기 고온가스화부(8)의 출구 온도와 상기 가스화노(7)의 출구 온도를 고려해 볼 때, 이 방식을 통한 안정적인 운전 수행은 어려울 것으로 생각된다.

상기 가스개질부(환원장치)로의 공기 투입 방식

상기 2단투입방식에 있어서, 상기 1단분류상방식과 상기 1단투입방식에 비하여 낮은 산소비율로 운전될 때 높은 탄소전환율을 얻을 수 있으므로, 고효율 운전이 요구될 때 상기 2단투입방식은 효과적인 방식일 것으로 생각된다. 따라서, 상기 고온가스화부(8)의 출구 온도가 2000℃ 이하의 수준으로 유지되는 동안, 상기 가스화노의 출구 온도를 1100℃ 이상으로 상승시키기 위하여, 공기(6)가 상기 가스개질부(9)로 투입되고, 상기 고온가스화부(8)로부터의 상기 가연성 가스인 CO와 H₂가 연소됨으로써 상기 가스개질부(9) 내부의 상기 가스 온도를 상승시키는 방식에 대한 검사가 실시되었다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 고온가스화부(8)의 출구 온도가 2000℃ 이상으로 올라가는 것을 방지하기 위하여, 산소비율이 0.16 이하에서(연소기 산소비율 0.64이하) 운전되어야 하기 때문에, 상기 연소기 산소비율을 0.64로 고정시키고, 전체 산소비율을 증가시키기로 결정하였다. 도 12는 탄소전환율과 가스온도의 계산 결과를 나타낸다.

상기 계산 결과는 전체 산소비율 0.20 이상에서 상기 가스화노의 출구 온도를 적어도 1100℃의 수준으로 상승시킬 수 있다는 것을 보여준다. 도 6 및 도 7에 도시한 것과 같이 상기 1단투입방식과 비교해 볼 때, 낮은 산소비율에서도 고효율 운전이 실현 가능하다는 것을 입증하였다. 이 경우, 99.8%의 탄소전환율과 85%를 초과하는 높은 수치의 냉각가스효율을 얻었다.

상기 탄화장치(2)로부터의 상기 탄화물(4)이 상기 고온가스화부(8)에 투입되고, 상기 휘발성 열분해가스(3)는 상기 가스개질부(9)에 투입되고, 상기 고온가스화부(8) 노 벽의 열 부하가 가능한한 낮아지도록 하기 위하여 상기 연소기 산소비율은 낮게 설정되고, 더 나아가, 상기 가스화노(7) 출구 온도가 적절한 온도(1100℃이상)가 되도록 상기 공기(6)가 상기 가스개질부(9)에 투입되는 방식은, 시더목재 칩을 이용한 탄화-가스화 방법에 적합하다.

다음으로, 상기 연소기 산소비율의 영향에 대한 검사를 실시하기 위하여, 전체 산소비율을 0.20으로 일정하게 유지한 후 가스화 성능의 변화를 관찰하였다. 도 13 및 도 14는 상기 검사 결과를 나타낸다. 전체 산소비율의 변화 없이 상기 연소기 산소비율이 낮아졌을 때, 상기 가스화노 출구 온도는 미세하게 변하는 반면, 상기 연소기 출구 온도와 상기 탄소전환율은 낮아지는 경향을 나타내었다. 노 벽의 열 부하가 고려될 때, 상기 연소기 산소비율이 바람직스럽게 가능한 한 낮아진다면, 도 13 및 도 14로부터 상기 연소기 산소비율 0.56 이상에서 고효율 운전의 지표인 상기 탄소전환율 99.5%의 가스화 성능을 얻을 수 있다는 것이 예측된다.

상기한 결과로부터, 시더목재 칩을 이용한 경우, 상기 연소기 내부의 상기 가스 온도가 가능한 한 낮아졌을 때, 고효율 운전이 가능한 상기 산소비율은 상기 연소기 산소비율이 0.56이고 전체 산소비율이 0.20에서 최적 운전 조건을 나타낼 것으로 예측되었다.

폐기물 가스화 방식에 대한 검사

시더목재 칩 대신 폐기물을 연료로 사용하는 고효율 폐기물 가스화 방법에 대하여 검사를 실시하였다. 사용된 폐기물은 전형적인 도시의 고체 폐기물이며, 그 조성이 표 4에 나타나 있다. 지금까지 검사한 시더목재 칩과는 대조적으로, 수 퍼센트의 재가 폐기물에 포함되어 있기 때문에, 재가 슬래그로 방출되기 위하여 상기 가스화노(7) 내에서 용해된다는 가정 하에서 검사를 실시하였다. 상기 재의 용융점에 대한 측정 데이터는 유효하지 않으므로, 상기 용융점은 1600℃로 가정한다.

조성(%)		C	H	O	N	S	Cl	재	수분	고정 탄소
나무 칩 폐종이 폐섬유 폐플라스틱 폐PVC 폐고무 쓰레기 슬러지	30.0 15.0 15.0 19.0 1.0 0.1 10.0 9.9	4.4 38.2 40.2 72.0 30.7 85.5 21.2 1.5	5.6 5.4 5.8 8.6 3.8 7.6 2.7 0.2	29.7 35.9 30.7 7.2 0.0 0.0 14.1 1.1	0.1 0.4 3.1 4.8 0.0 0.5 0.0 0.2	0.1 0.0 0.1 0.5 0.0 1.4 0.0 0.0	0.1 0.1 0.1 2.9 45.5 0.0 0.0 0.0	5.0 5.0 5.0 2.0 12.0 1.04 1.02 17.0	15.0 15.0 15.0 2.0 8.0 5.0 60.0 80.0	13.0 8.9 21.2 2.0 9.9 5.5 6.4 1.5
계	100.0	41.4	5.3	21.8	1.5	0.1	1.1	5.4	23.4	9.8

(* 재의 용융점은 1600℃로 가정)

상기 시더목재 칩을 사용한 검사의 결과에서, 상기 탄화물(4)을 상기 고온가스화부(8)에 투입하고, 상기 휘발성 열분해가스(3)를 상기 가스개질부(9)에 투입하는 상기 탄화-가스화 방법의 사용으로 고효율 운전이 가능하다는 것을 알았음으로, 상기 가스화제(5)로 공기를 오직 상기 고온가스화부(8)에만 투입한 경우에 대하여 검사를 우선 실시하였다. 도 15 및 도 16은 계산 결과를 나타낸다. 연료처리량은 시더목재 칩을 이용한 상기 경우와 동일하게 100t/d로 설정되었다. 그러나, 상기 탄화장치(2)에서의 휘발 비율에 있어서는, 탄화장치 제조업체인 오카도라 주식회사에서 실제적으로 수행된 탄화에서 얻은 측정값을 사용하여, 상기 탄화물(4)과 상기 열분해가스(3)의 중량비는 40:60으로 결정되었다.

상기 시더목재 칩(도 10 및 도 11 참조)의 경우와 비교해 보았을 때, 상기 탄화장치(2)의 상기 휘발 비율이 감소하기 때문에, 상기 가스개질부(9)에서의 급격한 가스 온도 저하는 관찰되지 않았다. 더욱이, 상기 고온가스화부(8)로 투입되는 상기 탄화물(4)의 양이 증가하기 때문에, 전체 산소비율에 비하여 연소기 산소비율은 낮아졌다. 상술한 것으로부터, 초고온 영역은 상기 고온가스화부(8)에서 형성되지 않으며, 안정 운전범위로는 상기 연소기 온도 2000℃이하이고, 상기 가스화노 출구의 가스 온도 1100℃이상의 산소비율 조건이 존재하는 것으로 예측되었다. 계산을 기초로하여. 상기 전체 산소비율이 0.32 이상에서, 상기 탄소전환율은 99.5% 이상으로 예상되었다. 이 경우에, 상기 냉각가스효율은 목표값인 75%를 초과하는 값으로 얻어졌다.

더 나아가, 상기 전체 산소비율이 0.32 이상에서 상기 고온가스화부(8)의 출구 온도가 1600℃ 이상이므로, 본 검사에서 사용한 상기 폐기물에 포함된 재는 상기 가스화노의 상기 고온가스화부(8)로부터 충분히 용해되어 배출될 수 있는 것으로 생각된다.

도 17 및 도 18은 바이오매스로부터 동력을 생산하는 본 발명의 다른 형태를 보여준다. 이러한 바이오매스 발전시스템은, 목질계 바이오매스는 물론 도시의 고체 폐기물 등과 같은 폐기물계 바이오매스를 열분해 및 탄화시킬 수 탄화장치(15)와; 상기 탄화장치(15)에서 생성된 탄화차르의 연소와 가스화를 수행하기 위한 가스화노(16)와; 전력 생산을 위하여 에너지원으로 상기 가스화노(16)에서 생성된 상기 가스로 운전 가능한 발전장치(17)로 구성된다. 상기 발전장치는 아래와 같이 상기 탄화장치의 운전에 사용되는 배출열을 방출한다.

바이오매스를 수용하기 위한 내부 챔버를 가지고 있는 상기 탄화장치(15)는 도 1의 상기 탄화장치(2)와 동일할 수 있으며, 내부 챔버에서 상기 바이오매스의 열분해와 탄화를 위한 열원으로 뜨거운 가스를 수용하기 위하여 자켓에 의하여 둘러싸여 있다. 상기 탄화장치(15)의 상기 자켓은, 상기 발전장치(17)로부터 방출되는 상기 배출가스의 공급을 직접 받기 위하여, 배출가스공급로(18)를 통하여 상기 발전장치(17)와 연결되어 있으므로, 상기 시스템은 상기 배출가스 열의 효과적인 사용을 통하여 높은 열적 효율을 달성한다. 상기 탄화장치15)의 상기 자켓은 수직한 환형 실린더의 형상이며, 예를 들어 600℃인 고온의 상기 배출가스는 외부 열에 의하여 탄화되기 위하여 자켓 내부로 안내된다. 상기 탄화장치의 실린더형 내부는 회전익(미도시)을 갖고 있으며, 연료는 상기 회전익의 회전에 의하여 상기 탄화장치의 내벽에 대하여 압축됨으로, 열전도 및 탄화율 개선을 증대시킨다. 본 실시예의 수행에 사용하기에 적합한 탄화장치(15)는 예를 들어, 오카도라 주식회사에 의하여 제조된 초고속 탄화장치가 될 수 있다. 예를 들어, 외열식 통형 회전 가마가 사용되었다.

상기한 구조를 갖은 상기 탄화장치(15)로, 적은 수분 및 높은 열량의 탄화된 연료인, 고품질 탄화차르가 생성될 수 있다. 상기 바이오매스 연료로부터 열 방출 후, 상기 배출가스는 굴뚝을 통하여 방출된다. 상기 탄화장치(15)는, 상기 바이오매스 연료의 간접적 열분해를 위하여, 상기 배출가스공급로(18)를 통하여, 상기 발전세트(17)로부터의 시스템 배출열을 열원으로 사용한다. 열분해를 위하여 필요한 시간은, 비정제 물질로 공급된 바이오매스의 종류와, 상기 바이오매스의 수분에 따라 변한다. 그러나, 대부분의 경우, 약 600℃의 배출가스가 사용될 때, 탄화는 약 30분에서 한 시간 동안 수행될 수 있다.

복수 개의 챔버가 탄화를 위하여 제공될 수 있으며, 시간 간격을 두고 회전동작함으로써, 상기 탄화차르와 열분해가스를 상기 가스화노(16)에 연속적으로 공급한다. 상기 탄화장치 내부에서의 상기 탄화 방법은 증발량에 따라 다소의 변화를 수반한다. 그러나, 만약 상기 탄화장치의 복수 개의 유닛이 회전 작동한다면, 이러한 변화의 영향은 완화될 것이다.

원료벙커(19)는 연료인 바이오매스를 상기 탄화장치(15)에 투입하기 위하여 상기 탄화장치에 연결되어 있다. 목질계 바이오매스로 이루어진 원료나, 목질계 바이오매스와 폐기물계 바이오매스의 혼합물로 이루어진 원료가 우선 상기 원료벙커(19)에 공급되며, 이후, 연속적으로 복수 개의 챔버 탄화장치의 탄화장치로 공급된다.

상기 가스화노(16)는 상기 탄화장치(15)에서 생성된 상기 탄화차르의 연소와 가스화를 수행하기 위한 노이고, 타르를 포함한 가연성 열분해가스를 개질화하며, 탄화하는 동안 휘발하고, 연료의 재를 용해된 슬래그로 변환시킨다. 상기 가스화노는 상기 바이오매스 발전시스템에 유일한 노로 설치된다. 그러나, 예를 들어 50메가와트를 초과하는 용량을 지닌 설비인 거대한 규모의 바이오매스 발전시스템의 경우에, 복수 개의 가스화노 유닛이 또 다른 가스터빈을 통하여 연결될 수 있으며, 유닛의 개수와 구조는 상기 시스템의 모드와 스케일에 의존한다.

상기 가스화노(16)의 출구 온도는 상기 탄화차르의 열량 및 양, 그리고 투입 공기의 양에 의존한다. 예를 들어, 상기 열량과 상기 탄화차르의 양에 비해 비교적 많은 양의 공기가 상기 가스화노(16)에 공급되거나, 적어도 약 600℃ 온도의 상기 탄화차르와 열분해가스가 상기 가스화노(6)에 투입되거나, 상기 바이오매스 연료에 포함된 상기 수분이 상기 가스화노에 투입되기 전 600℃의 수증기로 변하거나, 고품질 탄화차르(열량은 높고 적은 수분을 포함한)가 연료로 사용되는 경우에 있어서, 상기 노 하부 온도는 1500℃로 높은 수준에 달한다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 바이오매스 발전시스템은, 상기 가스화노(16)의 노 내부 온도가 타르의 분해 온도인 1100℃, 또는 그 이상의 온도에 달하며, 상기 탄화장치(15)에서 탄화하는 동안 휘발된 타르를 포함한 상기 열분해가스는 상기 가스화노(16)의 상부(상기 가스개질부)에서 개질의 영향을 받는다. 상기 열분해가스에 포함된 상기 타르는 상기 노의 하부(가스화/용해부)에서 고열의 사용에 의해 생성된 고온 조건 하에서 분해되기 때문에, 관로 등에 상기 타르의 점착을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 가스화노(16)는 상기 노의 하부에서 고온 연소를 수행함으로써, 상기 연료의 재를 용해시키는 동시에, 상기 하부에서 생성된 열을 이용하여 상기 노의 상부에서 상기 열분해가스의 개질을 수행함으로써, 하나의 유닛에서 두 가지 기능을 수행한다. 타르의 형성을 확실하게 방지할 수 있다는 관점으로부터 1100℃가 바람직한 온도를 나타내지만, 상기 타르의 형성은 1100℃보다 낮은 온도에서도 방지할 수 있다. 그러나, 종래의 시스템과는 대조적으로, 예를 들어 이러한 온도 영역에서 운전 불가능한 액체화 베드 노와 고정 베드 노를 사용하여, 본 실시예에 따른 상기 바이오매스 발전시스템은 상기 가스화노의 독특한 구조에 의하여 노 내부 온도가 1100℃ 또는 그 이상에 도달할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

추가적으로, 높은 노 내부 온도가 달성되는 상기 가스화노(16)는 상기 열분해가스의 타르가 분해될 수 있을 뿐 아니라, 상기 타르의 상기 재가 고온에서 녹아 슬래그로 전환될 수도 있다. 만약, 폐기물계 바이오매스가 목질계 폐기물 바이오매스와 혼합되어 태워진다면, 재가 중금속을 포함하게 된다는 좋은 가능성의 결과를 낳을 수 있다. 그러나, 만약 상기 재가 용해되어 슬래그로 전환될 수 있다면, 중금속의 용출 위험성이 없거나, 상기 재 성분의 용출에 대응한 특별한 대응책을 마련할 필요가 없는 작은 위험이 있는 상태로 상기 재를 방출시키는 것이 가능하다.

타르-열분해가스 공급로(20)와 탄화차르 공급로(21)가 상기 가스화노(16)와 상기 탄화장치(15) 사이에 제공된다. 전자인 이른바 상기 타르-열분해가스 공급로(20)는 상기 탄화장치(15)에서 생성된 상기 타르와 상기 열분해가스를 상기 가스화노(16)에 공급하기 위한 유동로이고, 후자인 이른바 상기 탄화차르 공급로(21)는 동일한 상기 탄화장치(15)에서 생성된 탄화차르를 상기 가스화노(16)에 공급하기 위한 유동로이다. 본 실시예에서 예를 들어, 스크류 콘베이어를 사용하여 제조된 상기 탄화차르 공급로(21)는 예를 들어, 상기 탄화장치(15)의 하부에 연결되어, 연료로 상기 탄화차르를 사용하여 연소와 가스화가 수행됨으로써, 특히 상기 노의 하부 온도를 고온으로 상승시켜, 1100℃ 이상 또는 공기가 상기 노의 하부로 공급됨에 의하여 몇몇 경우 1500℃ 이상의 온도인 고온가스를 생성한다. 반면에, 가스개질화는 상기 노의 상부에서 수행되어, 상기 탄화장치(15)에서 부분적으로 열분해된 타르는 열원으로 상기 고온가스를 사용하여 상기 노의 상부에서 분해된다. 상기 가스화노(16)에서 생성된 가스는 이후의 단계에서 열원으로써 상기 생성가스공급로(22)를 통하여 상기 발전장치(17)로 공급된다.

이 경우, 비록 상기 생성 가스가 상기 생성가스공급로(22)를 통하여 상기 발전장치(17)에 직접 공급될 수 있더라도, 상기 생성 가스와 상기 발전장치(17)로부터의 상기 배출가스 간의 열교환은 바람직하게 수행된다. 이것은 상기 생성 가스로부터 상기 발전장치(17)로부터의 상기 배출가스로 열 전달을 수반할 수 있음으로써, 상기 탄화장치(15)로 공급되어 열원으로 이용되는 상기 배출가스는 온도의 상승을 유도함으로써, 더 높은 열적 효율을 달성할 수 있다. 예를 들어, 도 17에 도시한 실시예에서는, 상기 생성가스공급로(22)가 상기 배출가스공급로(18) 중단에서 교차하거나, 이와 가깝게 근접한 경로로 생성가스 열교환기(23)가 설치되었다. 상기 가스화노(16)에서 생성된 가스는 상기 열교환기(23)에서 열을 잃게 됨으로써 차가워지며, 이 후에 상기 열교환기(23)와 상기 발전장치(17) 사이에 설치된 가스정제장치(24)에서 상기 가스에 포함된 먼지, 황, 그리고 기타 불순물이 제거된 후, 상기 발전장치(17)로 공급된다.

상기 발전장치(17)는 발전을 위하여 상기 가스화노(16)에서 생성된 상기 가스에 의하여 운전된다. 또한, 배출열을 상기 배출가스공급로(18)를 통하여 상기 탄화장치로 보낸다. 이 경우, 상기 배출가스공급로(18)는 상기 탄화장치(15)와 직접 연결된다. 그러나, 도시한 실시예에서, 상기 생성가스 열교환기(23)가 상기 배출가스공급로(18)의 중단에 설치됨으로써, 상기 가스화노(16)에서 생성된 가스와 상기 발전장치(17)로부터의 상기 배출가스 사이에 영향을 미쳐 열교환을 가능하게 한다. 이에 따라, 상기 발전장치(17)로부터의 상기 배출가스의 열과 상기 가스화노(16)로부터 생성된 가스의 열은 상기 탄화장치에서 사용하기 위하여 회수됨으로써, 전반적인 상기 시스템에 대한 더 높은 열적 효율의 달성이 가능하다. 예를 들어, 상기 배출가스와 열교환 한 수증기를 매개체로 하여 배출열을 이용하는 다양한 형태를 채택하는 것이 가능하다.

도 18에 도시한 상기 실시예에서, 복수 개의 탄화장치(25)는 고온가스화부(27)와 가스개질부(28)를 갖은 단일 가스화노(26)를 에워싸도록 배치된다. 이러한 탄화장치는 탄화차르와 열분해가스를 상기 가스화노(26)에 연속적으로 공급하기 위하여 회전 작동한다. 이는 탄화가 첫 번째 상기 탄화장치(25)에서 수행되어, 열분해가스가 첫 번째 상기 탄화장치로부터 상기 가스개질부(28)로 공급되는 동안, 탄화차르는 두 번째 탄화장치로부터 상기 가스화노의 상기 고온가스화부(27)로 공급된다. 이후, 두 번째 상기 탄화장치는 바이오매스로 채워지고, 상기 탄화장치의 역할은 서로 교체됨으로써, 탄화차르가 첫 번째 상기 탄화장치로부터 공급되는 동안, 탄화는 두 번째 상기 탄화장치에서 발생하고, 열분해가스는 두 번째 상기 탄화장치로부터 상기 가스개질부에 공급된다. 물론, 두 개 이상의 탄화장치가 단일의 가스화노에 연결되어도 가능하며, 적절한 시간 간격을 두고 동작한다.

위에 언급한 것과 같이, 상기 바이오매스 발전시스템은 보조연료의 사용 없이 상기 시스템의 배출열을 사용하는 탄화 방법에 가스화 방법을 더함으로써, 고효율 발전을 수행한다. 본 발명에 따른 상기 바이오매스 발전시스템을 통하여, 아래에 언급된 "바이오매스·일본종합전략"을 위한 열효율(100t/d 용량의 경우)의 목표값인 30%를 초과하는 34%의 열효율을 달성하는 것이 가능하다는, 좋은 가능성이 있음을 판단할 수 있었다. 좀더 상세하게는, 도 17의 상기 실시예에 따른 상기 바이오매스 발전시스템은, 상기 탄화장치(15)를 조직화함으로써 발전을 동반한 상기 배출가스 배출열의 효과적인 사용을 수행하며, 상기 발전장치(17)는 종래의 경우에 비하여 높은 열효율을 성취하는 것이 가능하고, 보조연료의 사용 없이 목질계 바이오매스 뿐 아니라 도시의 고체 폐기물 등과 같은 폐기물계 바이오매스를 열분해와 탄화하는 것이 가능하다. 반면에, 상기 목질계 바이오매스는 상기 폐기물계 바이오매스에 비하여 수분이 높기 때문에, 혼합된 상태의 두 바이오매스를 안정적인 조성을 갖은 연료로 전환시키는 것은 어렵다. 그러나, 상기 시스템의 앞 단계에서 제시한 상기 배출열을 효과적으로 사용 가능한 상기 탄화장치(15)를 가지고 있는 본 실시예에 따른 상기 바이오매스 발전시스템의 경우, 만약 필요하다면 상기 탄화 방법으로 건조된 후, 주어진 수분(예를 들어 약 1%)과 분쇄성을 포함하는 안정된 조성을 갖는 연료로 화석 연료에 있어서 어느 정도까지 두 바이오매스를 혼합된 상태로 하는 것이 가능하다. 더 나아가, 예를 들어 보일러의 연소를 기반으로 하는 1메가와트 용량의 현재 사용 가능한 발전시스템이 단지 최대 10%의 발전효율로 작동되는 것에 반하여, 본 발명에 따른 상기 바이오매스 발전시스템은 발전효율이 30% 또는 그 이상으로 달성되었다.

"바이오매스·일본종합전략"은 일본의 농림수산성, 경제산업성, 국토교통성, 환경성, 문부성의 장관들이 모여 바이오매스의 사용 증진을 위하여 세운 전략으로, 2002년 10월 각료 회의에서 결정되었다. 2002년 10월 12일자 "바이오매스·일본종합전략"의 12항에는, 「직접 연소와 가스화 설비 등 적은 수분을 포함한 바이오매스를 에너지로 전환하기 위한 기술에 있어서, 바이오매스 일일 처리량 20t/d(몇 개의 도시 규모로 가정)의 설비에서, 에너지 전환율이 전력으로 20% 또는 열로 80% 정도가 수행되거나, 바이오매스의 확대 영역 채집에 대한 적합한 환경이 정해진 경우, 바이오매스 일일 처리량 100t/d 정도의 설비(도시영역 내부로 가정)에서 에너지 전환율이 전력과 비교하여 30% 정도를 실현할 수 있는 기술을 개발한다」고 기재되어 있다(여기에서 상기 에너지 전환율은 바이오매스 연료의 화학적 에너지(열양)가 전력으로 전환된 비율을 의미한다). 본 실시예에 따른 상기 바이오매스 발전시스템은 정확하게 "종합전략"에 의한 노력으로 확실히 바이오매스의 사용이 증진되었다.

연료의 조성, 열적 평형은 물론, 당소의 PDTF를 사용하여 알아낸 상기 가스화 반응속도를 기초로 하여, 가스화 성능 예측을 위한 상기 계산법을 성립하여, 수분 40%의 시더목재 칩으로 이루어진 바이오매스와 폐기물(전형적인 도시의 고체 폐기물)에 적합한 가스화 방법의 고효율과 안정적인 운전조건에 대한 검사를 실시한 후 아래의 결과를 얻었다.

시더목재 칩의 경우, 연료가 직접 상기 가스화노(7)에 투입되는 상기 공기불어넣음 1단가스화방법으로는 고효율 운전 실행이 어렵다. 그러나, 상기 연료가 상기 탄화장치(2)의 사용에 의하여 상기 탄화물(4)과 물을 포함한 열분해가스(3)로 분해된 후, 2단의 상기 가스화노(7)에 투입되는 상기 탄화-가스화 방법의 채택에 의하여, 높은 효율과 안정적인 운전이 실현될 수 있다.

상기 탄화-가스화 공정은, 시더목재 칩과 같이 휘발 비율이 높은 경우, 상기 가스화노(7)의 출구 온도를 타르의 형성을 막기에 충분한 온도(1100℃)로 유지하기 위하여, 공기 또는 산소(6)를 상기 가스개질부(9)에 투입하는 것은 필수적이다.

상기 폐기물은 많은 재를 포함하기 때문에, 환경 보호의 관점에서 상기 재를 용해시켜 슬래그로 방출시켜야 한다. 상기 폐기물의 낮은 휘발 비율 때문에, 고효율과 용해된 재 방출 운전은 2단 가스화노의 상기 고온가스화부(8)에만 공기를 투입하는 방법의 채택에 의하여 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 바이오매스 발전시스템은 종래의 발전장치에 비하여 아래의 몇몇 이점을 가지고 있다. 첫째, 목질계 바이오매스 뿐 아니라 도시의 고체 폐기물, 폐 플라스틱 등과 같은 폐기물계 바이오매스도 사용할 수 있으며, 계절 변화에 영향을 받게 되는 유용한 목질계 바이오매스 연료는 폐기물계 바이오매스에 의하여 보충되며, 결과적으로, 안정적인 전력 생산을 얻을 수 있다. 둘째, 폐기물을 포함한 폐기물계 바이오매스는 일반적으로 비교적 높은 비용으로 처리된다. 그러나, 만약 이러한 폐기물이 발전에 사용하기 위한 연료의 일부로 채집된다면, 목질계 바이오매스 채집의 경제성은 향상될 수 있다. 셋째, 본 발명에 의해 여유가 있는 유용한 연료량의 증가는 고효율 발전을 가능케 하는 발전장치의 규모 증가를 가능하게 한다. 넷째, 다이옥신이 생성되지 않고, 재는 무해한 용해된 슬래그로 전환이 이루어지기 때문에, 발전시스템은 일반 폐기물 뿐 아니라 산업 폐기물을 위한 처리설비로 제공되며, 환경보호에 공헌한다. 다섯째, 상기 탄화 방법에 가스화 방법을 더한 결과, 비정제 바이오매스는 초기 부피의 약 1/5에서 1/7의 부피로 감소함으로써, 컴팩트한 가스화노가 사용될 수 있다. 마지막으로, 본 시스템은 특별한 기능을 갖고 있는 않은 작업자에 의해서도 작동될 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 실시예에서, 바이오매스의 특정한 예로 도시의 고체 연료, 폐 플라스틱 등이 폐기물계로 제시되었다. 그러나, 이러한 물질들의 예로 들지 않았으나, 본 발명에 따른 바이오매스 발전시스템은 높은 수분을 가진 바이오매스를 포함하여 예를 들어 농림, 축산, 수산물질원 및 그 폐기물, 건축폐자재, 식품폐자재, 슬러지 등과 같이, 목질계 바이오매스와 폐기물계 바이오매스로 구분할 필요 없이 사용할 수 있다.

Claims

바이오매스 연료의 열분해를 위한 바이오매스 탄화·가스화 시스템에 있어서,

바이오매스 연료를 가열하여 탄화물을 생성하는 탄화장치와;

상기 탄화물을 가스화하는 고온가스화부와, 탄화물 생성시에 휘발한 타르를 포함한 가연성 열분해가스의 개질을 수행하며 출구를 구비한 가스개질부로 이루어진 2단 가스화노와;

상기 탄화장치에서 생성된 탄화물을 상기 2단 가스화노의 고온가스화부에 공급하는 탄화물공급수단과;

상기 탄화장치에서 생성된 가연성 열분해가스를 상기 가스화노의 가스개질부로 보내기 위한 열분해가스유로와;

상기 가스화노의 고온가스화부에 가스화제를 공급하며, 상기 가스화노의 출구 온도가 일정 온도 이하로 저하되는 것을 방지할 수 있도록 상기 가스화개질부에 산소를 포함한 가스화제를 공급하는 가스화제공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화·가스화 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 가스화제공급수단은 산소를 포함한 상기 가스화제를 상기 가스개질부로 간헐적으로 공급 가능한 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화·가스화 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 가스화제공급수단은 분기관을 구비하여, 상기 고온가스화부와 상기 가스개질부 양 방향으로 산소를 포함한 가스화제를 공급 가능한 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화·가스화 시스템.
바이오매스 연료의 열분해를 위한 바이오매스 탄화·가스화 방법에 있어서,

탄화장치에서 상기 바이오매스 연료를 가열하여 탄화물과 휘발성 타르를 포함한 가연성 열분해 가스를 생성하고;

상기 탄화물을 가스화부와 출구를 구비한 가스개질부로 이루어진 2단 가스화노의 고온 가스화부로 공급하고;

휘발한 타르를 포함한 상기 가연성 열분해가스를 상기 가스개질부에 공급하고;

가스화제를 상기 2단 가스화노의 고온가스화부에 공급하고;

산소를 포함한 가스화제의 적절량을 상기 가스개질부에 공급하여, 상기 가스개질부 출구에서의 가스온도를 일정 온도 이상으로 유지하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화·가스화 방법.
제 4항에 있어서, 상기 가스개질부 출구에서의 가스온도가 상기 일정 수준에 근접하였을 때, 상기 가스개질부로 산소를 포함한 가스화제의 간헐적인 공급에 의하여, 상기 가스개질부 출구에서의 가스온도는 상기한 일정 온도 수준 이상의 수준 으로 유지되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화·가스화 방법.
제 4항에 있어서, 상기 일정 온도는 1100℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 탄화·가스화 방법.
가스화 연료에 의하여 작동하며 작동시에 배출열을 방출하는 발전장치와;

바이오매스를 수용하고, 상기 발전장치에서 방출된 배출열을 받아 상기 배출열을 이용하여 열분해와 탄화를 통하여 탄화차르와 휘발한 타르를 포함한 열분해가스를 생성하는 탄화장치와;

상기 탄화장치로부터 상기 탄화차르와 휘발한 타르를 포함한 열분해가스를 수용하기 위하여 배치되어, 상기 탄화차르의 연소 및 가스화와 타르를 포함한 열분해가스의 개질을 수행하여, 가스화 연료를 생성하는 가스화노로 구성되어,

상기 발전장치는 상기 가스화노에서 형성된 상기 가스화 연료에 의하여 작동하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 발전시스템.
제 7항에 있어서, 상기 가스화노는 상기 열분해가스의 타르를 적어도 1100℃의 온도에서 분해할 수 있음으로써, 상기 열분해가스의 개질을 수행하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 발전시스템.
제 7항에 있어서, 상기 가스화노로부터 생성된 상기 가스화 연료의 열 전달 부와 상기 발전장치로부터 방출된 상기 배출열 사이에 열교환기가 추가 구성되어;

상기 탄화장치 내에서 상기 바이오매스의 탄화를 위하여 사용되는 상기 열은 발전장치로부터의 배출열 뿐 아니라, 상기 가스화노에 의해 생성된 가스화 연료로부터의 열로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오매스 발전시스템.
제 8항에 있어서, 상기 가스화노로부터 생성된 상기 가스화 연료의 열 전달부와 상기 발전장치로부터 방출된 상기 배출열 사이에 열교환기가 추가 구성되어;

상기 탄화장치 내에서 상기 바이오매스의 탄화를 위하여 사용되는 상기 열은 발전장치로부터의 배출열 뿐 아니라, 상기 가스화노에 의해 생성된 가스화 연료로부터의 열로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오매스 발전시스템.
제 7항에 있어서, 상기 탄화장치는 선택적으로 회전 동작하는 복수 개의 탄화장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오매스 발전시스템.
제 8항에 있어서, 상기 탄화장치는 선택적으로 회전 동작하는 복수 개의 탄화장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오매스 발전시스템.
제 9항에 있어서, 상기 탄화장치는 선택적으로 회전 동작하는 복수 개의 탄화장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오매스 발전시스템.
제 10항에 있어서, 상기 탄화장치는 선택적으로 회전 동작하는 복수 개의 탄화장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오매스 발전시스템.
제 7항에 있어서, 상기 가스화노는 상기 탄화물을 가스화하기 위한 고온가스화부와, 상기 탄화물의 생산물로 휘발하는 타르를 포함한 가연성 열분해가스의 개질을 수행하며 출구를 구비한 가스개질부로 이루어진 2단 가스화노이며;

상기 시스템은,

상기 탄화장치에서 생성된 탄화물을 상기 2단 가스화노의 상기 고온가스화부로 공급하는 탄화물공급수단과;

상기 탄화장치에서 생성된 상기 가연성 열분해가스를 상기 가스화노의 상기 가스개질부로 보내기 위한 열분해가스유로와;

가스화제를 상기 가스화노의 상기 고온가스화부에 공급하며, 산소를 포함한 가스화제를 상기 가스개질부에 제어 가능하게 공급하여 상기 가스화노의 출구 온도가 일정 온도 이하로 저하되는 것을 방지할 수 있기 위한 가스화제공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 발전시스템.
발전장치를 작동하고, 상기 발전장치의 작동으로 배출열을 방출하며;

탄화장치에서 바이오매스를 열분해와 탄화시키기 위하여 상기 발전장치의 배출열을 사용함으로써, 탄화차르와 휘발한 타르를 포함한 열분해가스를 생성하고;

가스화노에서 상기 탄화차르의 연소와 가스화에 영향을 미치며, 상기 열분해 가스의 개질을 수행함으로써, 가스화 연료를 생성하며;

상기 발전장치의 작동을 위하여 상기 가스화 연료를 연료로 사용하는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 발전방법.
제 16항에 있어서, 상기 열분해 가스의 상기 휘발한 타르는 상기 가스화노 내에서 적어도 1100℃의 온도에서 개질되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
제 16항에 있어서, 상기 휘발한 타르의 재는 상기 가스화노에서 용해되어 슬래그로 전환되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
제 16항에 있어서, 상기 탄화장치는 회전 작동하는 복수 개의 탄화장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 발전방법.