KR101077164B1 - 용융 슬래그 입자의 열회수 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래그 입자의 열을 회수하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 입자화된 슬래그를 투입하여 낙하되도록 하는 슬래그 투입덕트와; 상기 슬래그 투입덕트의 하부에 형성되고, 낙하하는 슬래그 입자에 상온의 공기를 분사하여 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향을 동일하게 하여 슬래그 입자의 열을 회수함과 동시에 상기 슬래그 입자와 공기가 냉각덕트로 운반되도록 하는 공기노즐과; 상기 냉각덕트와 연결되어 냉각덕트로부터 빠져나온 공기가 외부로 배출되도록 하는 공기 배출구와; 상기 공기 배출구의 하단에 형성되어, 상기 냉각덕트로부터 빠져나온 슬래그 입자를 외부로 배출하는 슬래그 배출구;로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 입자의 열회수 장치와, 공기를 이용한 슬래그 입자의 열회수방법에 있어서, 슬래그 투입덕트로부터 낙하하는 슬래그 입자에 하부에서 고압의 공기를 분사하여 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향이 같도록 하여 슬래그 입자의 열을 회수하고, 온도가 낮아진 슬래그 입자와 공기를 외부로 배출하는 슬래그 입자의 열회수방법을 제공하여,

슬래그 입자의 이동방향과 유동방향이 동일한 상온의 공기를 2단으로 분사할 수 있도록 단계적으로 구현함으로써, 입자들을 급랭시켜 슬래그 입자간의 재융착 현상을 방지하여 동일 공기 유량에 대한 열전달 효율을 향상시키는 효과가 있다.

슬래그 입자, 열회수, 재융착, 유동층

Description

용융 슬래그 입자의 열회수 장치 및 그 방법{DEVICE FOR RECOVERING HEAT FROM MOLTEN GRANULATED SLAG AND METHOD THEREOF}

본 발명은 입자화된 슬래그로부터 현열을 회수하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융 슬래그 입자의 재융착을 방지하고, 입자의 보유열을 용이하게 회수하도록 하는 슬래그의 열회수 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

용융슬래그는 통상 고압공기 또는 기계적 장치를 이용하여 입자화한 다음 냉각하여 시멘트 원료나 매립재 등의 용도로 사용된다. 용융슬래그가 가진 특성 중 자원으로서의 활용 잠재성이 높은 것이 현열 보유 특성이다.

제철소에서 배출되는 고로나 전로 슬래그의 온도는 일반적으로 1400℃ 내외이므로 이와 같은 고온의 열에너지를 활용할 경우 높은 경제적 효과를 달성할 수 있다. 고온의 열에너지를 회수하기 위해서는 적절한 열교환 장치를 설계해야 하는데, 일반적으로 고려할 수 있는 방식이 도 2에 도시된 바와 같은 대향류에 의한 직접 접촉 방식이다. 이와 같은 방식은 미립화된 용융 슬래그(1)를 위에서 낙하시키고 슬래그가 담겨져 있는 챔버(13)의 하부에서 공기(4)를 투입시켜 열교환을 하는 방식으로 장치의 제작 측면에서 용이하나, 챔버(13)의 하부에서 누적된 입자들이 재융착할 가능성이 높다는 문제점이 있다. 챔버(13)의 하부에서 입자들이 재융착할 경우 공기의 이동 통로가 되는 기공이 감소하여 상부로의 공기 흐름이 방해되며, 재융착된 입자들은 파쇄해야만 자원화가 가능하므로 추가적인 에너지 소모가 필요하다. 따라서, 대향류에 의한 직접 접촉 방식을 사용할 경우, 열회수 및 슬래그의 자원화 측면에서 높은 효율성을 기대하기 어렵다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 대향류에 의한 직접 접촉 방식은 일반적으로 관의 직경이 커 동일 유량의 공기를 공급하더라도 유속이 느려 챔버(13)의 하부에 누적된 입자들은 충전층(packed bed)을 형성하게 되고 이로 인해 열전달 성능이 저하된다.

따라서, 슬래그 입자(1)들의 표면이 고화되어 재융착을 방지할 수 있는 온도인 800℃정도로 용융 슬래그 입자를 급냉시킬 수 있는 냉각 및 열회수 장치가 필요하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향을 동일하게 함으로써 슬래그 입자를 급냉시켜 슬래그 입자간의 재융착 현상을 방지하도록 하고, 더욱 확실한 냉각을 위해서 2단으로 구성되는 냉각장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 입자화된 슬래그를 투입하여 낙하되도록 하는 슬래그 투입덕트와; 상기 슬래그 투입덕트의 하부에 형성되고, 낙하하는 슬래그 입자에 상온의 공기를 분사하여 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향을 동일하게 하여 슬래그 입자의 열을 회수함과 동시에 상기 슬래그 입자와 공기가 냉각덕트로 운반되도록 하는 공기노즐과; 상기 냉각덕트와 연결되어 냉각덕트로부터 빠져나온 공기가 외부로 배출되도록 하는 공기 배출구와; 상기 공기 배출구의 하단에 형성되어, 상기 냉각덕트로부터 빠져나온 슬래그 입자를 외부로 배출하는 슬래그 배출구;로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 입자의 열회수 장치를 제공한다.

본 발명은 상기 냉각덕트와 연결되어 하방으로 형성된 2차 슬래그 투입덕트와, 상기 2차 슬래그 투입덕트의 하방에서 상온의 공기를 분사하여 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향을 동일하게 하여 슬래그 입자의 열을 회수하는 2차 공기노즐과, 상기 2차 공기노즐로부터 연장되고, 상기 슬래그 배출구와 연결되어 냉각된 슬래그 입자와 공기가 이동하는 2차 슬래그 냉각덕트가 더 포함되어 슬래그 입자를 더욱 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 공기 배출구에는 슬래그 입자를 포집하기 위한 필터가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

나아가, 본 발명은 공기를 이용한 슬래그 입자의 열회수방법에 있어서, 슬래그 투입덕트로부터 낙하하는 슬래그 입자에 하부에서 고압의 공기를 분사하여 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향이 같도록 하여 슬래그 입자의 열을 회수하고, 온도가 낮아진 슬래그 입자와 공기를 외부로 배출하는 슬래그 입자의 열회수방법을 제공한다.

게다가, 본 발명은 상기 슬래그 입자의 입경이 커서 냉각속도가 느린 경우에는 고압의 공기를 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향이 같도록 재분사하여 슬래그 입자의 표면이 완전히 고화되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 슬래그 입자의 이동방향과 유동 방향이 동일한 상온의 공기를 2단으로 분사할 수 있도록 단계적으로 구현함으로써, 입자들을 급랭시켜 슬래그 입자간의 재융착 현상을 방지하고, 슬래그 입자를 자원화하는 처리공정이 매우 용이해져 동일 공기 유량에 대해서 대향류에 의한 직접 접촉 방식에 비해 열전달 효율이 향상된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 용융 슬래그 입자의 열회수장치의 구성도로서, 용융 슬래그 입자를 2단으로 급랭하기 위해 공기 분사노즐과 냉각덕트의 조합이 상, 하 2단으로 배치된 형태를 나타낸 것이다.

먼저, 본 발명의 구성을 살펴본다.

본 발명의 장치는 슬래그를 입자화하는 장치(도면 미도시)와 연결되는 고온의 슬래그 입자(1)가 외부로부터 투입되어 낙하하는 1차 슬래그 투입덕트(2)가 하방으로 형성되어 있고, 1차 슬래그 투입덕트(2)를 통해 낙하한 슬래그 입자(1)가 1차 슬래그 투입덕트(2)와 하부에서 연결되어 고압의 상온의 공기(4)를 분사하도록 하는 1차 공기노즐(3)이 형성되어 있으며, 상온의 공기(4)에 의해 슬래그 입자(1)가 공기와 열전달을 하면서 냉각됨과 동시에 공기(4)의 유동방향과 동일한 방향으로 이동하도록 상기 1차 슬래그 투입덕트(2)와 1차 공기노즐(3)의 교차점으로부터 경사지면서 상향으로 형성되어 있는 1차 슬래그 냉각덕트(5)가 형성되며, 상기 1차 슬래그 냉각덕트(5)를 통하여 이동한 후, 완전히 냉각된 작은 입경을 갖는 슬래그 입자(1)와 공기(4)가 이동하는 이동통로(12)가 1차 슬래그 냉각덕트(5)로 연장형성되어 있다.

상기와 같은 구성에 의해 슬래그 입자(1)가 냉각되면서 슬래그 입자(1)의 열을 회수하게 되는데, 슬래그 입자(1)의 입경이 큰 경우에는 슬래그 입자(1)가 완전히 냉각되지 않은 채 이동하게 되는데, 냉각되지 않은 슬래그 입자(1)를 완전히 냉각시키기 위해서 상기와 동일한 구성을 2단으로 취하게 된다. 즉, 1차 슬래그 냉각덕트(5)를 통해 이동하던 입경이 큰 슬래그 입자(1)는 1차 슬래그 냉각덕트(5)의 중간에 아랫방향으로 설치된 2차 슬래그 투입덕트(6)를 통해 낙하하게 되고, 상기 2차 슬래그 투입덕트(6)를 통해 낙하된 슬래그 입자(1)는 2차 슬래그 투입덕트(6)의 하부에 설치된 2차 공기노즐(7)에서 분사되는 고압의 상온의 공기(4)에 의해 재냉각되어 슬래그 입자(1)의 표면이 완전히 고화된다. 완전히 고화된 슬래그 입자(1)는 고압의 공기와 함께 2차 슬래그 투입덕트(6)와 2차 공기노즐(7)의 교차점으로부터 경사지면서 상향으로 형성된 2차 슬래그 냉각덕트(8)를 통해 이동하게 된다.

상기 이동통로(12)로부터 직접 이송된 슬래그 입자(1)와, 2차 슬래그 냉각덕 트(8)를 통해 이송된 슬래그 입자(1)는 이동통로(12)와 2차 슬래그 냉각덕트(8)로부터 연장되어 아래방향으로 슬래그 배출구(9)가 형성되어 있고, 측면으로는 공기 배출구(10)가 형성되어 있어, 슬래그 입자(1)는 슬래그 배출구(9)를 통해 외부로 배출되게 되고, 공기(4)는 공기 배출구(10)를 통해 외부로 배출된다. 또한, 공기 배출구(10)에는 필터(11)를 설치하여 공기 배출구(10)를 통해 빠져나가려는 슬래그 입자(1)를 걸러낼 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 작용에 대해 살펴본다.

1200 ~ 1500℃ 범위의 용융 슬래그 입자(1)가 1차 슬래그 투입 덕트(2)를 통해 하류로 낙하하면 1차 공기노즐(3)에서 분사되는 고속의 공기(4)에 의해 입자들은 1차 슬래그 냉각덕트(5)의 상류 쪽으로 이동하게 된다. 이때, 슬래그 입자(1)들간의 상대적인 거리가 멀어지게 되어 공기(4)에 의한 표면 냉각 현상이 용이하게 된다. 즉, 본 발명에서는 공기(4)의 유동에 의해 슬래그 입자(1)들이 함께 이동하는 유동층(fluidized bed)을 형성하게 되어 동일 유량 조건에서도 열전달 성능이 향상된다. 즉, 공기의 유량이 동일하더라도 슬래그 입자를 급랭시키는데 유리하며 이로 인해 슬래그 입자(1)간의 재융착 현상도 용이하게 제어할 수 있다.

슬래그 입자(1)들이 2차 슬래그 투입덕트(6)에 도달하게 되면 입경이 비교적 큰 입자들은 중력에 의해 다시 2차 하류로 낙하하게 되며, 상대적으로 중력이 미미하게 작용하는 미세한 슬래그 입자의 경우에는 1차 슬래그 냉각덕트(5)의 상류 즉, 이동통로(12)로 계속 이동하게 된다. 미세 입자의 경우에는 표면에서의 열전달 속도가 빨라 입자의 재융착 온도 이하로 빨리 냉각될 수 있으나, 슬래그 입자의 입경 이 큰 입자의 경우에는 냉각 속도가 느려 재융착 현상이 발생할 가능성이 있다. 이러한 가능성을 배제하기 위해 2차 슬래그 투입덕트(6)를 통해 하류로 이동한 슬래그 입자(1)들은 2차 공기노즐(7)을 통해 분사되는 상온의 공기에 의해 2차 냉각덕트(8)에서 다시 급냉된다.

이렇게 하여 표면이 완전히 고화되어 재융착 현상이 발생하지 않는 800℃까지 냉각된 슬래그 입자들은 최종적으로 슬래그 배출구(9)를 통해 회수되며, 1,2차 슬래그 냉각덕트(5,8)를 통과하며 가열된 공기는 덕트 상단부에서 합류하여 공기 배출구(10)로 회수된다. 공기와 함께 배출될 수 있는 미세한 슬래그 입자를 포집하기 위해 공기 배출구에는 필터(11)를 설치하여 공기만을 외부로 배출할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용융 슬래그 입자의 열회수장치의 구성도,

도 2는 종래의 용융 슬래그 입자의 열회수장치의 구성도이다.

♠ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♠

1: 슬래그 입자 2: 1차 슬래그 투입덕트

3: 1차 공기노즐 4: 공기

5: 1차 슬래그 냉각덕트 6: 2차 슬래그 투입덕트

7: 2차 공기노즐 8: 2차 슬래그 냉각덕트

9: 슬래그 배출구 10: 공기 배출구

11: 필터 12: 이동통로

13: 슬래그챔버

Claims (5)

1. 입자화된 슬래그를 투입하여 낙하되도록 하는 슬래그 투입덕트와;

   상기 슬래그 투입덕트의 하부에 형성되고, 낙하하는 슬래그 입자에 상온의 공기를 분사하여 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향을 동일하게 하여 슬래그 입자의 열을 회수함과 동시에 상기 슬래그 입자와 공기가 냉각덕트로 운반되도록 하는 공기노즐과;

   상기 냉각덕트와 연결되어 냉각덕트로부터 빠져나온 공기가 외부로 배출되도록 하는 공기 배출구와;

   상기 공기 배출구의 하단에 형성되어, 상기 냉각덕트로부터 빠져나온 슬래그 입자를 외부로 배출하는 슬래그 배출구;로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 입자의 열회수 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 냉각덕트와 연결되어 하방으로 형성된 2차 슬래그 투입덕트와, 상기 2차 슬래그 투입덕트의 하방에서 상온의 공기를 분사하여 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향을 동일하게 하여 슬래그 입자의 열을 회수하는 2차 공기노즐과, 상기 2차 공기노즐로부터 연장되고, 상기 슬래그 배출구와 연결되어 냉각된 슬래그 입자와 공기가 이동하는 2차 슬래그 냉각덕트가 더 포함되어 슬래그 입자를 더욱 냉각시키는 것을 특징으로 하는 슬래그 입자의 열회수 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 공기 배출구에는 슬래그 입자를 포집하기 위한 필터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬래그 입자의 열회수 장치.
4. 공기를 이용한 슬래그 입자의 열회수방법에 있어서,

   슬래그 투입덕트로부터 낙하하는 슬래그 입자에 하부에서 고압의 공기를 분사하여 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향이 같도록 하여 슬래그 입자의 열을 회수하고, 온도가 낮아진 슬래그 입자와 공기를 외부로 배출하는 슬래그 입자의 열회수방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 슬래그 입자의 입경이 커서 냉각속도가 느린 경우에는 고압의 공기를 슬래그 입자의 이동방향과 공기의 유동방향이 같도록 재분사하여 슬래그 입자의 표면이 완전히 고화되도록 하는 것을 특징으로 하는 슬래그 입자의 열회수방법.

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