KR100567646B1 - 노와 공기 증류 장치 조합형 설비 및 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 노(FM)와 공기 증류 장치를 포함하는 설비에 관한 것으로, 상기 공기 증류 장치는 하나 이상의 중간 압력 칼럼(MP)과, 노에 산소(O)를 공급하는 혼합 칼럼(CM)을 구비하며, 상기 노와 공기 증류 장치에는 공통의 팬 송풍기(S)에 의해 공기가 공급되고, 상기 혼합 칼럼(CM)은 공기 증류 장치 내의 유체를 팽창시키는 극저온터빈(T)에 연결되어 있는 부스터(C)를 통해 압축 공기를 공급받으며, 부스터/극저온터빈 조립체(C/T)는 보조 유닛(EM)과 연결되어 있다.

Description

노와 공기 증류 장치 조합형 설비 및 사용 방법{COMBINED INSTALLATION OF A FURNACE AND AN AIR DISTILLATION APPARATUS AND USE METHOD}
본 발명은 전형적으로 금속 처리 노(metal processing furnace)로서 하나 이상의 송풍기에 의해 압축 공기가 공급되는 하나 이상의 노(爐)와, 또한 상기 송풍기에 의해 적어도 부분적으로 공기를 공급받아 상기 노에 산소를 제공하고 하나 이상의 중간 압력 칼럼과 혼합 칼럼을 구비하는 하나 이상의 공기 증류 장치로 구성되는 노와 공기 증류 장치 조합형 설비에 관한 것이다.
이러한 유형의 설비는 미국 특허 제5,244,489호[그레니어(Grenier) 명의]에 개시되어 있으므로, 보다 상세한 사항에 대해서는 상기 특허를 참조할 수도 있다. 이 특허에서는, 혼합 칼럼에 공급되는 공기의 압력을 상승시키는 장치가 터빈에 의해 구동되는데, 이 터빈은 중간 압력 칼럼으로 이송되는 기류 중 일정 부분을 팽창시킴으로써 냉기도(冷氣度)를 유지하며, 이와 같은 구성에 있어서는 필요한 만큼 공기의 압력을 상승시키기 위해, 중간 압력 칼럼으로 공급되는 공기 중 상당 부분을 터빈을 통해 송풍시켜야 하므로, 에너지 손실 및 추출 효율의 손실이 초래되며, 공기를 공급하는 증류 장치의 냉각 및 정화용 플랜트의 과도한 대형화가 초래된다.
본 발명의 목적은 작동 조건 선택에 있어서 더 큰 융통성을 갖고 운용비가 저렴한 전술한 유형의 조합형 설비를 제공하는 데에 있다.
이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 가지 특징에 따르면, 부스터/극저온터빈 조립체(booster/cryogenic turbine assembly)가 보조 유닛에 연결된다.
본 발명의 다른 목적은 하나 이상의 노와 하나 이상의 공기 증류 장치를 포함하며, 하나 이상의 공기 증류 장치는 하나 이상의 중간 압력 칼럼과 혼합 칼럼으로 구성되고, 상기 노와 공기 증류 장치는 하나 이상의 송풍기에 의해 압력 P1의 공기를 공급받는 조합형 설비의 작동 방법을 제공하는 데에 있다. 이 작동 방법에 있어서, 송풍기에 의해 제공되는 공기 흐름 중 일부가 인출되어 공기 증류 장치로 공급되고, 혼합 칼럼으로 공급될 이 인출된 공기 중 일부는 설비 내의 유체를 팽창시키는 하나 이상의 극저온터빈에 연결되어서, 특히 공기 증류 장치의 냉기도를 유지하는데 사용되는 부스터에 의해 압력이 상승되며, 이 방법에 있어서, 추가적인 에너지가 부스터/극저온터빈 조립체에 공급되어서, 중간 압력 칼럼으로 공급되는 공기 흐름 중 상당 부분을 인출하여 극저온터빈을 통해 송풍시킬 필요없이, 혼합 칼럼 내의 압력을 압력 P1보다 0.3 ×105Pa 이상 더 높은 압력 P2로 유지한다.
본 발명의 보다 구체적인 특징에 따르면, 부스터/극저온터빈 조립체의 축에 연결된 전기 모터에 의해 보조 작용이 이루어진다.
압축기/터빈 조립체에 대한 보조 작용, 특히 내연 기관의 터보 압축기에 대한 보조 작용은 오래전부터 공지되어 온 것이다[전기적으로 보조하는 것은 발로거(Valroger) 명의의 미국 특허 제4,485,310호와 보다 최근의 할리미(Halimi) 등의 명의의 미국 특허 제5,560,208호를, 또는 유압식으로 보조하는 것은 고바야시(Kobayashi) 명의의 미국 특허 제4,622,817호를 참조한다]. 그러나, 이들 종래 기술은 본 발명에 따른 공기 증류 장치의 공급에 대한 응용을 교시하고 있지 않다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 예시로서 후술되는 일 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조합형 설비의 개략도.
도 1에는 금속 처리 노와, 관련 공기 증류 장치가 개략적으로 도시되어 있는데, 본 실시예에 있어서 상기 금속 처리 노는 용광로(FM)이며, 상기 공기 증류 장치는 기본적으로 교환 라인(LE)과, 중간 압력 칼럼(MP) 및 저압 칼럼(BP)으로 이루어진 이중 칼럼, 그리고 혼합 칼럼(CM)으로 구성되어 있다.
혼합 칼럼(CM)의 상부로부터 중간 순도의 산소 라인(O)이 뻗어 있는데, 본 발명에 따르면 이 산소 라인은 교환 라인(LE)을 관통한 다음 노(FM)의 주 압축 공기 라인 상류로 개방되어, 노에 공급되는 공기 중에 산소를 풍부화 한다. 저압 칼럼(BP)의 상부로부터 오염된 질소 라인(Ni)이 빠져 나오는 것이 보통이다. 별법으로서, 도시된 실시예에서는 첨탑(M)이 저압 칼럼(BP) 위에 장착되어 있고, 이 첨탑은 중간 압력 칼럼(MP)으로부터 발생되는 액체 산소를 환류(reflux)로서 사용하여 그 상부에서 순수한 산소를 생성하며, 이 산소는 라인(NP)에 의해 방출되어 현장이나 그 부근에서 사용된다.
노(FM)와 공기 증류 장치에는 하나의 동일한 송풍기(S)에 의해 공기가 공급되는데, 이 송풍기는 하나 이상의 노(FM)에 공기를 공급하는 주 압축 공기 라인(A)에 6 ×105Pa 미만의, 통상 3 ×105Pa과 5.5 ×105Pa 사이의 중간 압력 P1으로 고용적(통상 100,000Nm3/h 이상)의 공기를 공급한다. 주 압축 공기 라인(A)은 또한, 예를 들어 AOD 공정을 사용하는 전기로와 같은 다른 금속 처리 노에 공기를 동시에 또는 번갈아 공급할 수도 있다. 주 압축 공기 라인(A)으로부터 공기 인출 회로(D)가 뻗어 있는데, 이 회로는 냉각된 다음 흡수 형식의 정화 장치(E)에서 정화된 공기를 공기 증류 장치로 공급한다. 이 공기 인출 회로(D)는 정화 장치(E)의 하류에서, 이중 칼럼에 공기를 공급하는 제1 라인(J)과 혼합 칼럼(CM)에 공기를 공급하는 제2 라인(L)으로 분기된다.
본 발명의 한 가지 양태에 따르면, 제1 라인(J)의 공기 흐름 중 일부는 교환 라인(LE)에서 다른 곳으로 돌려지고 극저온터빈(T)을 통해 송풍되어 저압 칼럼(BP)에 저압으로 유입된다. 극저온터빈(T)은 제2 라인(L)에 배치된 부스터(C)에 연결되어 있으며, 이 부스터(C)는 송풍기로부터 발생되는 압축 공기의 압력을 상승시켜 그 압축 공기를 압력 P1보다 0.3 ×105Pa 내지 1.5 ×105Pa, 통상 0.4 ×105Pa 내지 0.8 ×105Pa 정도 더 높은 압력 P2으로 혼합 칼럼(CM)으로 이송한다. 본 발명의 한 가지 양태에 따르면, 부스터/극저온터빈 조립체(C/T)는 이 조립체의 축의 라인에 연결되어 있는 하나 이상의 모터(EM)에 의해 지원을 받는다. 모터(EM)는 전술한 특허에 개시된 바와 같이 전기 또는 유압식이다. 실제로, 이와 같은 조합형 설비의 특징에 따르면, 충전 에너지(top-up energy)는 30 내지 500kW 정도로, 송풍기(S)에 의해 전달되는 압력에 반비례한다.
본 발명을 특정 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명이 이것으로만 한정되는 것은 아니며, 오히려 당업자라면 본 발명을 첨부된 청구범위의 영역 내에서 다양하게 수정 및 변형시킬 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 하나 이상의 송풍기(S)에 의해 압축 공기가 공급되는 하나 이상의 노(FM)와, 상기 송풍기(S)에 의해 적어도 부분적으로 공기를 공급받아 상기 노에 산소(O)를 제공하는 하나 이상의 공기 증류 장치를 포함하는 조합형 설비로서,
    상기 공기 증류 장치는 송풍기로부터 발생되는 공기 중 일부를 팽창시는 하나 이상의 극저온터빈(T)과 송풍기로부터 압력 P1의 공기를 공급받는 하나 이상의 중간 압력 칼럼(MP)과, 상기 극저온터빈(T)에 연결되어 부스터/극저온터빈 조립체(C/T)를 형성하는 부스터(C)에 의해 상승된 압력의 공기를 송풍기로부터 공급받고 산소를 제공하는 혼합 칼럼(CM)을 포함하며, 부스터/극저온터빈 조립체(C/T)는 보조 모터(EM)에 연결되어 있는 것인 조합형 설비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조 모터는 하나 이상의 전기 모터(EM)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조합형 설비.
  3. 하나 이상의 노(FM)와 하나 이상의 공기 증류 장치를 포함하고, 상기 노는 제1 압력 P1의 공기를 제공하는 하나 이상의 송풍기(S)에 의해 압축 공기를 공급받으며 공기 증류 장치에 의해 산소를 공급받고, 상기 공기 증류 장치는 하나 이상의 중간 압력 칼럼(MP)과 혼합 칼럼(CM)을 구비하며 송풍기(S)에 의해 적어도 부분적으로 공기를 공급받는 것인 조합형 설비의 작동 방법으로서,
    송풍기(S)로부터 발생되는 공기를 혼합 칼럼(CM)에 공급하고, 이 공기의 압력은 상기 조합형 설비 내의 유체를 팽창시키는 하나 이상의 극저온터빈(T)에 연결되어 부스터/극저온터빈 조립체(C/T)를 형성하는 부스터(C)에 의해 상승되며, 혼합 칼럼(CM) 내부를 송풍기 배출 압력 P1에 비해 0.3 ×105Pa 이상 상승된 압력으로 유지하기 위해, 추가 에너지를 부스터/극저온터빈 조립체(C/T)에 공급하는 것인 조합형 설비의 작동 방법.
  4. 제3항에 있어서, 혼합 칼럼 내부를 송풍기 출구 압력 P1보다 약 0.4 ×105Pa 내지 0.8 ×105Pa 더 높은 상승 압력으로 유지하기 위해, 추가 에너지를 부스터/극저온터빈 조립체(C/T)에 공급하는 것을 특징으로 하는 조합형 설비의 작동 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 추가 에너지는 전기 에너지인 것을 특징으로 하는 조합형 설비의 작동 방법.
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