KR100930677B1 - 풍구 조립체 - Google Patents

Abstract

보조 연료의 연소 효율을 향상시키는 풍구 조립체를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍구 조립체는 용철 제조용 용융가스화로에 설치한다. 풍구 조립체는, i) 용융가스화로 내부로 산소함유가스를 취입하는 가스 통로가 형성된 풍구, 및 ii) 가스 통로와 이격되어 풍구를 관통하고, 용융가스화로 내부로 보조 연료를 취입하며, 상호 이격된 한 쌍의 연료 취입관들을 포함한다.

풍구, 미분 탄재, 용융가스화로

Description

풍구 조립체 {TUYERE ASSEMBLY}

본 발명은 용철 제조에 사용되는 풍구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보조 연료를 효율적으로 취입할 수 있는 풍구에 관한 것이다.

용철 생산을 위한 고로법은 환경 공해 등 많은 문제점을 가지고 있으므로, 고로법을 대체하는 용융환원제철법이 연구되고 있다. 용융환원제철법에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 철광석을 직접 사용하여 용철을 제조한다. 철광석과 일반탄은 용융가스화로에 장입되고, 철광석이 용융되어 용철이 제조된다.

용융가스화로의 측면에는 풍구가 설치되고, 풍구를 통하여 산소가 용융가스화로 내부로 취입된다. 용융가스화로 내부로 취입된 산소는 용융가스화로내에 형성된 촤베드를 연소시킨다. 따라서 연소열에 의해 용융가스화로에 장입된 철광석을 용융시킴으로써 용철이 제조된다.

한 쌍의 연료 취입관을 통하여 보조 연료를 취입함으로써, 보조 연료의 연소 효율을 향상시킬 수 있는 풍구 조립체를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍구 조립체는 용철 제조용 용융가스화로에 설치한다. 풍구 조립체는, i) 용융가스화로 내부로 산소함유가스를 취입하는 가스 통로가 형성된 풍구, 및 ii) 가스 통로와 이격되어 풍구를 관통하고, 용융가스화로 내부로 보조 연료를 취입하며, 상호 이격된 한 쌍의 연료 취입관들을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍구 조립체는 한 쌍의 연료 취입관들에 보조 연료를 공급하는 연료 공급관을 더 포함할 수 있다. 한 쌍의 연료 취입관들은 각각 연료 공급관으로부터 보조 연료를 공급받을 수 있다.

보조 연료는 제1 방향으로 연료 공급관으로부터 공급될 수 있고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 분기된 후, 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 각각 한 쌍의 연료 취입관을 통하여 용융가스화로에 취입될 수 있다. 제1 방향 및 제3 방향은 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 방향 및 제2 방향은 실질적으로 직각을 이룰 수 있다. 제2 방향으로 각각 분기된 보조 연료들의 양은 실질적으로 상호 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍구 조립체는 연료 공급관 및 한 쌍의 연료 취입관을 상호 연결하여, 연료 공급관을 통하여 공급된 보조 연료를 각각의 연료 취 입관으로 분기시키는 분기관을 더 포함할 수 있다. 분기관은, i) 연료 공급관과 연결되고 제1 방향으로 뻗은 제1 분기부, 및 ii) 제1 분기부와 연결되고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 각각의 연료 취입관과 연결되는 하나 이상의 제2 분기부을 포함할 수 있다.

제2 분기관 및 연료 취입관은 상호 교차하면서 연결될 수 있다. 연료 취입관은 벤딩될 수 있다. 연료 공급관은 제1 방향으로 뻗을 수 있다. 하나 이상의 제2 분기부는 한 쌍의 제2 분기부들을 포함할 수 있고, 한 쌍의 제2 분기부들 중 각 제2 분기부가 제1 분기부의 양측에 연결될 수 있다.

제1 분기부를 제2 방향으로 잘라 형성되는 제1 분기부의 평균 단면적은 연료 공급관을 제2 방향으로 잘라 형성되는 연료 공급관의 단면적보다 클 수 있다. 제2 분기부를 제1 방향으로 잘라 형성되는 제2 분기부의 평균 단면적은 연료 취입관을 제2 방향으로 잘라 형성되는 연료 취입관의 단면적보다 클 수 있다. 제1 분기부를 제2 방향으로 잘라 형성되는 제1 분기부의 평균 단면적은 제2 분기부를 제1 방향으로 잘라 형성되는 제2 분기부의 평균 단면적 이상일 수 있다.

한 쌍의 연료 취입관은 보조 연료가 용융가스화로 내부와 접하는 제1 단부들을 포함할 수 있다. 가스 통로는 산소함유가스가 용융가스화로 내부와 접하는 제2 단부를 포함할 수 있으며, 제1 단부들 및 제2 단부를 가상선으로 상호 연결하는 경우 삼각형이 형성될 수 있다. 삼각형은 실질적으로 이등변 삼각형일 수 있으며, 제2 단부는 이등변 삼각형의 꼭지점에 위치할 수 있다.

보조 연료는 미분 탄재 또는 탄화수소 함유가스일 수 있다. 한 쌍의 연료 취입관들이 뻗은 방향은 가스 통로가 뻗은 방향과 예각을 이룰 수 있다. 예각은 10° 내지 40°일 수 있다. 보조 연료 및 산소함유가스는 풍구의 선단으로부터 이격된 위치에서 함께 혼합될 수 있다.

한 쌍의 연료 공급관을 통하여 보조 연료가 용융가스화로 내부로 취입되므로, 보조 연료의 연소 효율을 향상시킬 수 있다.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는 것을 이해할 수 있다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함 하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 도 1 내지 도 6을 통하여 본 발명의 실시예를 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍구 조립체(100)의 개략적인 사시도이다. 도 1은 풍구 조립체(100)를 용융가스화로측에서 본 구조를 나타낸다. 도 1에 도시한 풍구 조립체(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 풍구 조립체(100)의 구조를 다른 형태로 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 풍구(10)의 선단부(105)에는 제1 단부들(201) 및 제2 단부(1011)가 형성된다. 한 쌍의 연료 취입관들(20)은 제1 단부들(201)을 포함하고, 가스 통로(101)는 제2 단부(1011)를 포함한다. 가스 통로(101)는 가스 공급관(60)과 연결되어 산소함유가스가 공급된다. 제1 단부들(201)에서는 보조 연료가 한 쌍의 연료 취입관들(20)로부터 빠져나와 용융가스화로의 내부와 접한다. 제2 단부(1011)에서는 산소함유가스가 가스 통로(101)로부터 빠져나와 용융가스화로의 내부와 접한다.

도 1에 점선으로 도시한 바와 같이, 제1 단부들(201) 및 제2 단부(1011)을 상호 연결하는 경우, 삼각형이 형성된다. 또한, 제1 단부들(201)은 제2 단부(1011)와 동일한 거리를 가지면서 위치한다. 따라서 전술한 삼각형은 각각의 제1 단부(201)와 제2 단부(1011)간의 거리가 동일하므로, 이등변 삼각형이 된다. 그리고 제2 단부(1011)는 이등변 삼각형의 꼭지점에 위치한다. 이하에서는 도 2를 통하여 풍구 조립체(100)의 단면 구조를 좀더 상세하게 설명한다.

도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 풍구 조립체(100)의 개략적인 단면 구조를 나타낸다. 도 2에 도시한 풍구 조립체(100)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 2에 도시한 바와 같이, 풍구 조립체(100)는 풍구(10) 및 한 쌍의 연료 취입관들(20)을 포함한다. 한 쌍의 연료 취입관들(20)은 풍구(10)에 삽입될 수 있다. 이외에, 풍구 조립체(100)는 연료 공급관(30), 분기관(40) 및 가스 공급관(60)을 더 포함할 수 있다. 산소함유가스를 공급하는 가스 공급관(60)은 연료 공급관(30)의 하부를 지나간다.

도 2에 도시한 바와 같이, 풍구(10)의 중심에는 가스 통로(101)가 형성된다. 용융가스화로(500) 내에서 용철을 제조하기 위하여 산소함유가스는 가스 통로(101)를 통하여 용융가스화로(500) 내부로 취입된다. 여기서, 산소함유가스는 산소가스 또는 산소를 포함하는 모든 가스를 의미한다. 따라서 가스 통로(101)를 통하여 산소 이외에 산소 함유 열풍을 취입할 수도 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 풍구(10) 내부에는 제1 냉각 통로(107) 및 제2 냉각 통로(109)가 형성된다. 제1 냉각 통로(107) 및 제2 냉각 통로(109)는 상호 격 리된다. 제2 냉각 통로(109)를 따라 흐르는 냉각수는 풍구(10)의 몸체를 냉각시키고, 제1 냉각 통로(107)를 따라 흐르는 냉각수는 풍구(10)의 선단을 냉각시킨다.

풍구(10)의 선단(105)은 용융가스화로(500) 내에 위치하므로, 고온에 노출된다. 따라서 풍구(10)의 선단(105)이 용융되어 냉각 통로가 파손될 수 있다. 만약 풍구(10) 내의 냉각 통로가 일체로 형성되는 경우, 풍구(10)의 선단(105)이 파손되면 풍구(10)를 냉각시킬 수 없어서 풍구(10) 사용을 중단해야 한다.

그러나 도 2에 도시한 바와 같이, 풍구(10) 내에 제1 냉각 통로(107) 및 제2 냉각 통로(109)를 상호 격리하여 형성하는 경우, 풍구(10)의 선단(105)이 고온에 노출되어 제1 냉각 통로(107)가 파손되더라도 제2 냉각 통로(109)는 제1 냉각 통로(107)와 격리되어 있으므로 여전히 작동된다. 따라서 풍구(10)를 계속 사용할 수 있다. 풍구(10)의 냉각에 대한 기타 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로 그 상세한 설명을 생략한다.

한 쌍의 연료 취입관들(20)은 가스 통로(101)와 이격된다. 한 쌍의 연료 취입관들(20)이 풍구(10) 내에서 가스 통로(101)와 만나는 경우, 한 쌍의 연료 취입관들(20)을 통하여 공급되는 보조 연료가 가스 통로(101)를 통해 공급되는 산소함유가스와 반응하여 풍구(10)가 녹아 파손될 수 있다. 따라서 한 쌍의 연료 취입관들(20) 및 가스 통로(101)를 상호 이격시킨다.

도 2에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 연료 취입관들(20)은 풍구(10)를 관통한다. 보조 연료는 한 쌍의 연료 취입관들(20)을 통하여 용융가스화로(500) 내부로 공급된다. 여기서, 예를 들면, 보조 연료로는 미분 탄재 또는 탄화수소 함유가스 등을 사용할 수 있다. 미분 탄재는 카본을 함유하며 약 3mm 이하의 입경을 가지는 입자를 의미한다. 탄화수소 함유가스는 액화천연가스(liquid natural gas, LNG) 또는 액화프로판가스(liquid propane gas, LPG) 등을 그 예로 들 수 있다.

보조 연료는 용융가스화로(500)의 내부로 취입되어 연소열을 증가시킨다. 따라서 용융가스화로(500)의 상부로부터 장입되는 석탄의 양을 줄일 수 있다. 또한, 보조 연료는 다량의 환원가스를 발생시키므로, 철광석을 잘 환원시킬 수 있다. 더욱이, 용융가스화로(500)의 상부로부터 장입되는 석탄은 용융가스화로(500)의 하부에 도달하기 전에 연소되어 버릴 수 있으므로, 용융가스화로(500)의 하부의 상태가 용철을 제조하기에 부적합할 수 있다. 따라서 용융가스화로(500)의 하부로부터 보조 연료를 취입함으로써 용융가스화로(500)의 하부의 상태를 개선할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 연료 취입관들(20)은 상호 이격되어 보조 연료를 용융가스화로(500) 내부로 취입한다. 따라서 보조 연료를 적절히 나누어 용융가스화로(500) 내부로 취입함으로써 보조 연료의 연소 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는 하나의 연료 취입관을 사용하지 않고 한 쌍의 연료 취입관들(20)을 사용하여 보조 연료를 용융가스화로(500) 내부로 취입한다. 하나의 연료 취입관만 사용하는 경우, 다량의 보조 연료가 한번에 용융가스화로(500) 내부로 취입되므로, 산소함유가스에 큰 연소 부하가 걸린다. 따라서 다량의 미분탄이 산소함유가스에 의해 한번에 연소되기가 어렵다. 반면에, 본 발명의 제1 실시예처럼 한 쌍의 연료 취입관들(20)을 사용하는 경우, 보조 연료가 각 연료 취입관(20)으로 균일하게 분산되어 용융가스화로(500) 내부로 취입된다. 따라서 산소함유가스는 비교적 소량의 보조 연료를 연소시킬 수 있으므로, 산소함유가스에 걸리는 연소 부하가 적다. 따라서 보조 연료는 산소함유가스에 의해 잘 연소된다. 그 결과, 용융가스화로(500)를 좀더 효율적으로 작동시킬 수 있다.

3개 이상의 연료 취입관들을 사용할 수도 있지만, 3개 이상의 연료 취입관들을 풍구에 삽입해야 하므로, 풍구(10)의 구조가 너무 복잡해진다. 특히, 3개 이상의 연료 취입관들을 피하여 풍구(10) 냉각을 위한 냉각 통로를 확보하기가 쉽지 않다. 따라서 풍구(10)의 설계 비용이 증가한다. 또한, 3개의 연료 취입관들을 이용하는 경우의 미분탄의 연소 효율은 한 쌍의 연료 취입관을 이용한 경우의 미분탄의 연소 효율보다 그리 크지 않다. 따라서 한 쌍의 연료 취입관들을 이용하는 것이 적합하다.

각 연료 취입관들(20)은 연료 공급관(30)으로부터 보조 연료를 공급받는다. 보조 연료는 연료 공급관(30)으로 유입되어 분기관(40)에서 분기된 후 각 연료 취입관들(20)로 공급된다. 연료 취입관들(20)에는 플랜지(207) 및 밸브(209)가 설치된다. 필요한 경우, 밸브(209)를 이용하여 연료 취입관들(20)을 통해 흐르는 보조 연료를 차단할 수 있다.

분기관(40)은 연료 공급관(30)으로부터 공급받는 보조 연료를 각 연료 취입관들(20)로 분기시킨다. 분기관(40)은 플랜지(207, 309)에 의해 연료 공급관(30) 및 한 쌍의 연료 취입관들(20)과 각각 상호 연결된다. 분기관(40)은 제1 분기부(401) 및 제2 분기부(403)를 포함한다. 또한, 분기부(40)는 3개의 챔버들(4011, 4013)을 포함한다. 제1 분기부(401)는 연료 공급관(30)과 연결되고 x축 방향으로 뻗어 있다. 한 쌍의 제2 분기관부들(403)은 제1 분기부(401)와 연결된다. 한 쌍의 제2 분기관부들(403) 중 각 제2 분기부(403)는 제1 분기부(401)의 양측에 연결된다. 한 쌍의 제2 분기관부들(403)은 연료 취입관(20)과 상호 교차하면서 연결된다. 제2 분기부들(403)은 각각 ±y축 방향으로 뻗어 있다. 따라서 도 2에 도시한 바와 같이, 분기부(40)는 T자 형상을 가진다.

보조 연료는 연료 공급관(30), 분기관(40), 및 한 쌍의 연료 취입관들(20)을 차례로 통과하면서 용융가스화로(500) 내부로 취입된다. 이하에서는 도 2를 참조하여 풍구 조립체(100)를 통과하는 보조 연료의 이송 방향을 좀더 상세하게 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 보조 연료는 연료 공급관(30)으로부터 제1 방향(+x축 방향)으로 공급된다. 이를 위하여 연료 공급관(30)은 제1 방향으로 뻗어 있다. 보조 연료는 분기관(40)을 통과하면서 각각 제2 방향(+y축 방향 및 -y축 방향)으로 분기된다. 다시, 보조 연료는 분기관(40)으로부터 연료 취입관(20)을 향하면서 제3 방향으로 공급된다. 제3 방향은 가스 통로(101)가 뻗은 방향과 예각을 이룬다. 따라서 연료 취입관(20)으로부터 나온 보조 연료는 가스 통로(101)로부터 나온 산소함유가스와 잘 혼합된다. 제1 방향 및 제2 방향은 실질적으로 직각을 이룰 수 있다.

전술한 바와 같이, 보조 연료의 진행 방향은 분기관(40)을 통과하면서 급격하게 변한다. 그러나 3개의 챔버들(4011, 4013)을 이용하여 보조 연료의 수용 공간을 최대로 넓혀줌으로써 보조 연료가 역류하거나 퇴적되지 않는다. 더욱이, 챔 버(4013)로부터 연료 취입관(20)까지 그 내경이 좁아지므로, 보조 연료는 그 이송 속도가 증가되어 용융가스화로(500)측으로 분사된다. 제2 방향으로 각각 분기된 보조 연료들의 양은 실질적으로 상호 동일하므로, 보조 연료들은 용융가스화로(500) 내에서 잘 연소된다. 이를 도 2의 분기관(40)의 구조를 통하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이, 단면적(S401)은 제1 분기부(401)를 y축 방향으로 자른 단면적을 의미한다. 여기서, 평균 단면적은 제1 분기부(401)를 y축 방향으로 자른 단면적(S401) 합의 평균을 의미한다. 또한, 단면적(S403)은 제2 분기부(403)를 x축 방향으로 자른 단면적을 의미한다. 여기서, 평균 단면적은 제2 분기부(403)를 x축 방향으로 자른 단면적(S403) 합의 평균을 의미한다. 그리고, 연료 공급관(30)의 단면적(S30)은 연료 공급관(30)을 y축 방향으로 자른 단면적을 의미한다. 또한, 연료 취입관(20)의 단면적(S20)은 연료 취입관(20)을 y축 방향으로 자른 단면적을 의미한다.

제1 분기부(401)의 평균 단면적은 연료 공급관(30)의 단면적(S30)보다 크다. 즉, 제1 분기부(401)는 챔버(4011)를 포함하므로, 그 내경이 크다. 따라서 보조 연료가 연료 공급관(30)으로부터 분기관(40)으로 원활하게 공급될 수 있다.

또한, 제2 분기부(403)의 평균 단면적은 연료 취입관(20)의 단면적(S20)보다 크다. 즉, 제2 분기부(403)은 챔버(4031)를 포함하므로, 그 내경이 크다. 따라서, 보조 연료가 제2 분기부(403)으로부터 연료 취입관(20)으로 빠르게 공급된다. 그 결과, 용융가스화로(500) 내부에서의 보조 연료의 연소 효율을 향상시킬 수 있 다.

한편, 제1 분기부(401)의 평균 단면적은 제2 분기부(403)의 평균 단면적 이상일 수 있다. 따라서 제1 분기부(401)의 평균 단면적을 제2 분기부(403)의 평균 단면적 이상으로 함으로써, 제1 분기부(401)로부터 제2 분기부(403)까지 보조 연료를 빠르게 이송할 수 있다. 따라서 보조 연료는 그 진행 방향이 바뀌면서 제1 분기부(401)로부터 제2 분기부(403)로 이동하지만, 그 유속이 크게 감소하지 않는다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍구 조립체(200)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 풍구 조립체(200)의 구조는 연료 취입관(22)을 제외하고는 도 2의 풍구 조립체(100)의 구조와 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 연료 취입관(22)은 벤딩된다. 연료 취입관(22)은 분기관(40)과 연결되고 벤딩되어 풍구(10)에 삽입된다. 여기서, 연료 취입관(22)은 제2 분기관(403)의 뻗은 방향(y축 방향)과 수직으로 교차하는 방향(x축 방향)으로 제2 분기관(403)과 연결된다. 따라서 연료 취입관(22) 및 제2 분기관(403)의 연결 구조가 견고하다.

도 3에 도시한 바와 같이, 연료 취입관(22)으로부터 분사되는 보조 연료가 가스 통로(101)로부터 분사되는 산소함유가스와 잘 혼합되도록 연료 취입관(22)은 가스 통로(101)에 점차 가까워지는 방향으로 벤딩된다. 따라서 보조 연료가 산소함유가스와 잘 혼합되므로, 보조 연료의 연소 효율이 향상된다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍구 조립체(300)의 단면 구조를 개략 적으로 나타낸다. 도 4의 풍구 조립체(300)의 단면 구조는 도 3의 풍구 조립체(200)의 단면 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4에 도시한 바와 같이, Y자 형상을 가지는 분기관(42)을 사용하여 풍구 조립체(300)를 제조한다. 분기관(42)은 플랜지(309)에 의해 연료 주입관(30)과 결합되고, 플랜지(207)에 의해 연료 취입관(20)과 결합된다. 분기관(42)은 Y자 형상을 가지므로, 연료 주입관(30)을 통하여 이송되는 보조 연료의 유속이 크게 감소되지 않는다. 따라서 보조 연료는 그 유속이 크게 감소되지 않으면서 연료 취입관(20)을 통해 이송될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍구 조립체(100)가 작동하는 상태를 개략적으로 나타낸다.

도 5에 도시한 바와 같이, 석탄 또는 코크스로 형성된 촤베드가 풍구(10) 전단에 위치한다. 이 경우, 가스 통로(101)를 통하여 산소함유가스를 취입하면, 촤베드에 연소대가 형성되면서 환원가스가 생성된다. 또한, 한 쌍의 연료 취입관(20)을 통하여 보조 연료를 취입하면, 보조 연료가 연소대에 직접 취입되어 환원가스가 추가로 발생한다. 따라서 용융가스화로(500) 내에서 발생하는 환원가스의 양을 최대화할 수 있을 뿐만 아니라 용융가스화로(500)에 장입되는 석탄의 양도 최소화할 수 있다.

여기서, 한 쌍의 연료 취입관들(20)이 뻗은 방향은 가스 통로(101)가 뻗은 방향과 예각(θ)을 이룬다. 따라서 한 쌍의 연료 취입관들(20)을 통하여 취입되는 보조 연료의 취입 방향은 풍구(10)의 중심선(C)과 예각(θ)을 이룬다. 여기서 예각(θ)은 10° 내지 40°일 수 있다.

예각(θ)이 10°보다 작은 경우, 연료 취입관(20)으로부터 분사되는 보조 연료가 가스 통로(101)로부터 분사되는 산소함유가스와 잘 만나지 못한다. 따라서 보조 연료의 착화가 지연된다. 예각(θ)이 40°보다 큰 경우, 풍구(10)의 전단부(105) 바로 앞에서 보조 연료가 산소함유가스와 만나 착화된다. 따라서 풍구(10)의 전단부(105)가 과열되어 녹아서 손상될 수 있다. 따라서 예각(θ)을 10° 내지 40°로 유지한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍구 조립체(100)가 설치된 용융가스화로(500)를 개략적으로 나타낸다.

용융가스화로(500)의 상부로부터 철광석 및 석탄이 장입되어 용융가스화로(500) 내에서 용철이 제조된 후 외부로 배출된다. 여기서, 철광석은 환원철로 장입될 수 있고, 석탄은 성형탄으로서 장입될 수 있다. 성형탄은 용융가스화로(500)에 장입되어 촤베드(도 5에 도시, 이하 동일)를 형성하고, 환원가스를 발생시켜 외부로 방출한다. 촤베드는 풍구 조립체(100)를 통하여 취입되는 산소함유가스에 의해 연소되면서 연소열을 발생시키고, 이 연소열에 의해 환원철을 용융시킴으로써 용철을 제조한다. 용융가스화로(500)로부터 배출되는 환원가스는 유동층형 환원로 또는 충전층형 환원로로 유입되어 유동층형 환원로 또는 충전층형 환원로에 장입되는 철광석을 환원시킴으로써 환원철을 제조할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는 산소함유가스 및 보조 연료를 풍구 조립체(100) 를 통해 장입함으로써 용융가스화로(500) 내의 연소열을 증가시켜 용융가스화로(500)의 상부로부터 장입되는 성형탄의 양을 절감할 수 있다. 여기서, 보조 연료는 한 쌍의 연료 취입관을 통하여 용융가스화로(500) 내부로 취입되므로, 보조 연료의 연소성이 크게 향상될 수 있다.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

실험예

도 1에 도시한 구조의 풍구 조립체를 사용하여 보조 연료로서 미분탄을 용융가스화로에 취입하였다. 풍구 조립체를 통하여 미분탄은 한 쌍의 연료 취입관들을 통하여 용융가스화로에 취입되었다. 또한, 풍구 조립체의 가스 통로를 통하여 순산소를 용융가스화로에 취입하였다. 연료 공급관에서의 미분탄의 취입량은 250kg/t-p이었으며, 분기된 각 연료 취입관을 통하여 취입되는 미분탄의 취입량은 125kg/t-p이었다. 풍구 전단에서의 미분탄의 연소율을 실험한 결과, 미분탄의 연소율은 95%로 나타났다.

비교예

본 발명의 실험예와는 달리 하나의 연료 취입관만을 설치한 풍구 조립체를 이용하여 미분탄을 용융가스화로에 취입하였다. 미분탄은 하나의 연료 취입관을 통하여 용융가스화로에 취입되었다. 또한, 풍구 조립체의 가스 통로를 통하여 순산소를 용융가스화로에 취입하였다. 연료 취입관을 통하여 취입되는 미분탄의 취 입량은 150kg/t-p이었다. 풍구 전단에서의 미분탄의 연소율을 실험한 결과, 미분탄의 연소율은 75%로 나타났다.

전술한 실험예 및 비교예로부터 알 수 있는 바와 같이, 실험예가 비교예에 비해 미분탄의 연소율이 20% 더 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 한 쌍의 연료 취입관을 이용하는 경우, 하나의 연료 취입관에 비해 풍구 조립체를 통해 용융가스화로로 취입되는 미분탄의 연소 효율을 향상시킬 수 있었다. 이는 다량의 미분탄이 한번에 용융가스화로에 장입되는 경우, 미분탄 연소 부하가 산소함유가스에 한번에 크게 걸리므로, 산소함유가스가 미분탄을 전부 연소시킬 수 없기 때문이다. 반면에, 한 쌍의 연료 취입관을 통하여 미분탄을 취입하는 경우, 소량의 미분탄이 분산되어 용융가스화로에 취입되므로, 미분탄 연소 부하가 산소함유가스에 크게 걸리지 않는다. 따라서 산소함유가스가 미분탄을 충분히 연소시킬 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍구 조립체의 개략적인 사시도이다.

도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍구 조립체의 개략적인 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍구 조립체의 개략적인 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍구 조립체의 작동 상태를 나타내는 개략적인 도면이다.

도 6은 도 1의 풍구 조립체를 구비한 용융가스화로를 개략적으로 나타낸 도면이다.

Claims (22)

1. 용철 제조용 용융가스화로에 설치하는 풍구 조립체로서,

   상기 용융가스화로 내부로 산소함유가스를 취입하는 가스 통로가 형성된 풍구,

   상기 가스 통로와 이격되어 상기 풍구를 관통하고, 상기 용융가스화로 내부로 보조 연료를 취입하며, 상호 이격된 한 쌍의 연료 취입관들 및

   상기 한 쌍의 연료 취입관들에 보조 연료를 공급하는 연료 공급관

   을 포함하고,

   상기 한 쌍의 연료 취입관들은 각각 상기 연료 공급관으로부터 보조 연료를 공급받는 풍구 조립체.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 보조 연료는 상기 연료 공급관이 뻗은 방향인 제1 방향으로 상기 연료 공급관으로부터 공급되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 분기된 후, 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 각각 상기 한 쌍의 연료 취입관을 통하여 상기 용융가스화로에 취입되는 풍구 조립체.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 방향 및 상기 제3 방향은 동일한 풍구 조립체.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 직각을 이루는 풍구 조립체.
6. 제3항에 있어서,

   상기 제2 방향으로 각각 분기된 상기 보조 연료들의 양은 상호 동일한 풍구 조립체.
7. 제1항에 있어서,

   상기 연료 공급관 및 상기 한 쌍의 연료 취입관을 상호 연결하여, 상기 연료 공급관을 통하여 공급된 보조 연료를 각각의 연료 취입관으로 분기시키는 분기관을 더 포함하는 풍구 조립체.
8. 제7항에 있어서,

   상기 분기관은,

   상기 연료 공급관이 뻗은 방향인 제1 방향으로 뻗고 상기 연료 공급관과 연결되는 제1 분기부, 및

   상기 제1 분기부와 연결되고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 상기 각각의 연료 취입관과 연결되는 하나 이상의 제2 분기부

   을 포함하는 풍구 조립체.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제2 분기관 및 상기 연료 취입관은 상호 교차하면서 연결되는 풍구 조립체.
10. 제1항에 있어서,

    상기 연료 취입관은 벤딩된 풍구 조립체.
11. 제8항에 있어서,

    상기 연료 공급관은 상기 제1 방향으로 뻗은 풍구 조립체.
12. 제8항에 있어서,

    상기 하나 이상의 제2 분기부는 한 쌍의 제2 분기부들을 포함하고, 상기 한 쌍의 제2 분기부들 중 각 제2 분기부가 상기 제1 분기부의 양측에 연결된 풍구 조립체.
13. 제8항에 있어서,

    상기 제1 분기부를 상기 제2 방향으로 잘라 형성되는 상기 제1 분기부의 평균 단면적은 상기 연료 공급관을 상기 제2 방향으로 잘라 형성되는 상기 연료 공급 관의 단면적보다 큰 풍구 조립체.
14. 제8항에 있어서,

    상기 제2 분기부를 상기 제1 방향으로 잘라 형성되는 상기 제2 분기부의 평균 단면적은 상기 연료 취입관을 상기 제2 방향으로 잘라 형성되는 상기 연료 취입관의 단면적보다 큰 풍구 조립체.
15. 제8항에 있어서,

    상기 제1 분기부를 상기 제2 방향으로 잘라 형성되는 상기 제1 분기부의 평균 단면적은 상기 제2 분기부를 상기 제1 방향으로 잘라 형성되는 상기 제2 분기부의 평균 단면적 이상인 풍구 조립체.
16. 제1항에 있어서,

    상기 한 쌍의 연료 취입관은 상기 보조 연료가 상기 용융가스화로 내부와 접하는 제1 단부들을 포함하고, 상기 가스 통로는 상기 산소함유가스가 상기 용융가스화로 내부와 접하는 제2 단부를 포함하며, 상기 제1 단부들 및 상기 제2 단부를 가상선으로 상호 연결하는 경우 삼각형이 형성되는 풍구 조립체.
17. 제16항에 있어서,

    상기 삼각형은 이등변 삼각형이며, 상기 제2 단부는 상기 이등변 삼각형의 꼭지점에 위치하는 풍구 조립체.
18. 제1항에 있어서,

    상기 보조 연료는 미분 탄재 또는 탄화수소 함유가스인 풍구 조립체.
19. 제1항에 있어서,

    상기 한 쌍의 연료 취입관들이 뻗은 방향이 상기 가스 통로가 뻗은 방향과 이루는 내각은 예각인 풍구 조립체.
20. 제19항에 있어서,

    상기 내각의 크기는 10° 내지 40°인 풍구 조립체.
21. 제1항에 있어서,

    상기 보조 연료 및 상기 산소함유가스는 상기 풍구의 선단으로부터 이격된 위치에서 함께 혼합되는 풍구 조립체.
22. 용철 제조용 용융가스화로에 설치하는 풍구 조립체로서,

    상기 용융가스화로 내부로 산소함유가스를 취입하는 가스 통로가 형성된 풍구,

    상기 가스 통로와 이격되어 상기 풍구를 관통하고, 상기 용융가스화로 내부로 보조 연료를 취입하며, 상호 이격된 한 쌍의 연료 취입 수단들 및

    상기 한 쌍의 연료 취입 수단들에 보조 연료를 공급하는 연료 공급관

    을 포함하고,

    상기 한 쌍의 연료 취입 수단들은 각각 상기 연료 공급관으로부터 보조 연료를 공급받는 풍구 조립체.

Images