KR101088695B1 - 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 방법 및 그 시스템 - Google Patents

분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 방법 및 그 시스템을 제공한다. 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 방법은, i) 공기를 공급하여 열교환기를 통과시키는 단계, ii) 열교환기를 통과한 공기를 이용하여 연료를 연소시키는 단계, iii) 연료의 연소열에 의해 분광이 건조되면서 분광으로부터 배가스가 배출되는 단계, iv) 배가스가 열교환기를 통과하면서 공기와 열교환되어 냉각되는 단계, 및 v) 배가스에 함유된 증기를 응축수로서 회수하는 단계를 포함한다.
Figure R1020090054080
증기 회수, 배가스, 분광 건조, 공정수, 열교환기, 집진

Description

분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 방법 및 그 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR RECOVERING STEAM CONTAINED IN OFFGAS DURING DRYING OF FINE ORES}
본 발명은 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본 발명은 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기를 회수하여 환경 오염을 방지하고 공정을 안정적으로 운영할 수 있는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
분광을 환원하여 환원철을 제조 및 용융하는 용철제조장치에서는 분광을 환원하기 전에 건조 및 예열한다. 이러한 방법을 이용하여 분광을 사전 건조하면서 분광의 수분량을 저감시켜서 분광의 환원률을 높인다.
일반적으로, 분광은 연료의 연소에 의해 발생하는 고온의 열에 의해 건조된다. 분광 건조시 분광으로부터 배출되는 배가스는 분광에 함유된 수분을 증기 상태로 함유한다. 증기를 함유한 배가스는 그대로 대기로 배출된다.
분광 건조시의 배가스에 함유된 증기를 회수하여 환경 오염을 방지하고 공정을 안정적으로 운영할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 또한, 전술한 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기의 회수 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 방법은, i) 공기를 공급하여 열교환기를 통과시키는 단계, ii) 열교환기를 통과한 공기를 이용하여 연료를 연소시키는 단계, iii) 연료의 연소열에 의해 분광이 건조되면서 분광으로부터 배가스가 배출되는 단계, iv) 배가스가 열교환기를 통과하면서 공기와 열교환되어 냉각되는 단계, 및 v) 배가스에 함유된 증기를 응축수로서 회수하는 단계를 포함한다.
공기를 공급하여 열교환기를 통과시키는 단계에서, 공기의 열교환기에 대한 공급 압력은 50 mbar 내지 150 mbar이다. 배가스가 공기와 열교환되어 냉각되는 단계에서, 배가스는 열교환기의 상부로부터 열교환기의 하부로 흐르면서 냉각될 수 있다. 열교환기의 하부에서 증기를 제거한 배가스를 외부로 배출할 수 있다. 열교환기로부터 배출되는 배가스의 온도는 열교환기로 유입되는 배가스의 온도보다 40℃ 내지 50℃ 낮을 수 있다. 열교환기 내부에서 공기는 배가스의 흐름 방향과 교차하는 방향으로 흐르면서 배가스와 간접 열교환될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 방법은 배가스가 배출되는 단 계 및 배가스가 냉각되는 단계 사이에 배가스에 함유된 분진을 집진하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 시스템은, i) 분광을 건조시키는 분광 건조기, ii) 공기를 공급받아 연료를 연소시켜서 분광을 건조시키는 열을 공급하는 연소기, 및 iii) 분광 건조기로부터 배출되는 배가스와 연소기에 공급되는 공기를 열교환시켜서 증기를 응축수로서 회수하는 열교환기를 포함한다.
열교환기는, i) 배가스 및 공기가 상호 열교환하는 열교환부, ii) 열교환부의 아래에 위치하는 배가스 배출부, 및 iii) 배가스 배출부의 아래에 위치하는 응축수 저장부를 포함할 수 있다. 열교환부는 열교환기의 상하 방향을 따라 설치된 복수의 튜브들을 포함하고, 배가스는 복수의 튜브들의 내부를 통하여 흐를 수 있다. 열교환부에는 공기가 통과하는 공기 입구 및 공기 출구가 형성되고, 공기 입구 및 공기 출구의 연결 방향은 복수의 튜브들의 길이 방향과 교차할 수 있다.
배가스 배출부는, i) 그 측면에 형성된 배가스 배출구, 및 ii) 배가스의 흐름 방향을 따라 배가스 배출구의 전단에 위치하여 배가스에 함유된 증기를 제거하는 디미스터(demister)를 포함할 수 있다. 응축수 저장부는, i) 응축수의 저장 레벨을 측정하는 레벨러, 및 ii) 레벨러의 제어 신호에 따라 응축수를 외부로 배출시키는 배출구를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기 회수 시스템은 분광 건조기와 열교환기의 사이에 설치되어 배가스에 함유된 분진을 집진하는 하나 이상의 집진기를 더 포함할 수 있다.
증기를 함유한 배가스를 냉각시켜 회수한 응축수를 공정수로서 재활용할 수 있다. 따라서 에너지의 이용 효율을 높이고 환경을 보호할 수 있다. 또한, 배가스의 냉각시에 사용하는 공기는 분광 건조용으로 사용하는 공기를 그대로 사용하므로, 추가적인 설비 없이도 배가스를 냉각시킬 수 있다. 또한, 공기가 배가스를 냉각시키면서 가열되므로, 분광 건조 효율을 더 향상시킬 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.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 좀더 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90°회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 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.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 회수 시스템(100)을 개략적으로 나타낸다. 도 1의 증기 회수 시스템(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 1의 증기 회수 시스템(100)의 구조는 다른 형태로 변형될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 증기 회수 시스템(100)은 열교환기(10), 분광 건조기(20), 연소기(30) 및 집진기(40)를 포함한다. 이외에, 증기 회수 시스템(100)는 다른 장치들을 더 포함할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 분광 건조기(10)에는 분광이 공급된다. 먼저, 분광은 제1 컨베이어 벨트(50)에 의해 이송되어 분광 저장빈(52)에 저장된다. 분광은 분광 저장빈(52)으로부터 배출되어 제2 컨베이어 벨트(54)에 의해 분광 건조 기(20)로 이송된다.
여기서, 분광은 철광석을 포함할 수 있다. 분광은 야드에 적치되어 있으므로 많은 수분을 포함한다. 따라서 분광을 용철 제조용 원료, 특히 분광을 유동 환원시키기 위해서는 분광에 함유된 수분을 제거할 필요가 있다. 따라서 분광을 분광 건조기(10)에 장입한 후 분광을 가열하여 건조시킨다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연소기(30)는 연소를 연소시켜서 분광 건조기(10)에 장입된 분광을 가열한다. 분광은 연료의 연소열에 의해 건조된다. 연소기(30)는 팬(60)에 의해 이송되는 공기를 이용하여 연료를 연소시키는 열을 공급한다.
분광이 건조되면서 분광으로부터 배가스가 배출된다. 분광 건조기(10)로부터 배출된 배가스는 집진기들(40)을 통과한다. 배가스에 함유된 분진은 집진기들(40)에 의해 집진된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 집진기들(40)은 제1 집진기(401) 및 제2 집진기(403)를 포함한다. 제1 집진기(401)로는 싸이클론을 사용할 수 있고, 제2 집진기(403)로는 백필터(bag filter)를 사용할 수 있다. 배가스는 그 유속에 의해 제1 집진기(401) 내부에서 회전하면서 중력에 의해 분진을 배가스로부터 분리시켜 외부로 배출한다. 분진이 제거된 배가스는 다시 제2 집진기(403)에 유입되므로, 배가스에 함유된 더 미세한 분진이 제거될 수 있다. 집진기들(40)을 통과하면서 배가스에 함유된 분진이 제거되므로, 열교환기(10)에서의 배가스의 열교환 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 열교환기(10)는 배가스와 공기를 열교환시켜서 배 가스에 함유된 증기를 회수한다. 배가스가 공기와의 열교환에 의해 냉각되면서 배가스에 함유된 증기는 응축수로서 회수된다. 응축수는 열교환기(10)의 외부로 배출되어 용철제조장치에 사용되는 공정수로서 재활용될 수 있다. 그 결과, 용철제조장치에 사용되는 공정수의 양을 줄여서 용철제조비용을 저감할 수 있다.
열교환기(10)를 이용함으로써 수분이 응축되어 백연 상태를 가지는 배가스를 외부로 배출하지 않을 수 있다. 즉, 저포화 증기 상태로 배가스를 연도(70)를 통해 배출함으로써 다량의 증기를 함유한 배가스에 의한 환경 오염 및 설비 부식을 방지할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 공급된 공기는 열교환기(10)를 통과하면서 배가스와의 열교환에 의해 가열된다. 따라서 가열된 공기를 연소기(20)에 공급하므로, 연소기(20)에 사용되는 연료의 양을 크게 절감할 수 있다. 이하에서는 도 2를 통하여 열교환기(10)에 대하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 열교환기(10)의 내부 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 열교환기(10)의 내부 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 1의 열교환기(10)의 내부 구조는 다른 형태로 변형될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 열교환기(10)는 열교환부(101), 배가스 배출부(103) 및 응축수 저장부(105)를 포함한다. 이외에, 열교환기(10)는 열교환에 필요한 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
열교환부(101)에서는 배가스 및 공기가 상호 열교환된다. 배가스의 열에 의 해 공기가 가열되면서 배가스가 냉각된다. 따라서 배가스에 포함된 증기를 응축수로서 회수할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 열교환부(101)는 z축 방향을 따라 뻗은 복수의 튜브들(1011)을 포함한다. 즉, 복수의 튜브들(1011)은 열교환기(10)의 상하 방향을 따라 설치된다. 따라서 고온의 배가스가 복수의 튜브들(1011)의 내부를 통하여 흐르므로, 작업자를 고온의 배가스로부터 안전하게 보호할 수 있다. 배가스는 열교환기(10)의 상부로부터 열교환기(10)의 하부로 흐르면서 냉각되므로, 배가스에 함유된 매우 미세한 분진을 중력에 의해 제거하여 복수의 튜브들(1011)의 내부 표면에 스케일 등이 점착되는 현상을 방지할 수 있다. 배가스는 집진기들(40)(도 1에 도시)로부터 배출되면서 가압되므로, 열교환기(10)의 내부에서 중력 방향과 반대 방향으로 흐를 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 열교환부(101)에는 공기 입구(1013) 및 공기 출구(1015)가 형성된다. 공기는 공기 입구(1013)로 유입되어 공기 출구(1015)로 배출된다. 따라서 공기 입구(1013) 및 공기 출구(1015)의 연결 방향은 배가스가 흐르는 복수의 튜브들(1011)의 길이 방향과 교차한다. 그 결과, 공기는 복수의 튜브들(1011)과 접촉하면서 복수의 튜브들(1011) 내부로 흐르는 배가스의 흐름 방향과 교차하는 방향으로 흐르면서 배가스와 간접적으로 열교환된다. 이러한 방법을 이용하여 공기와 배가스의 열교환 효율을 높일 수 있다.
공기는 열교환부(101)를 통과하면서 복수의 튜브들(1011)과 접촉하므로, 연소기(30)(도 1에 도시)로의 공급 압력이 저하될 수 있다. 따라서 팬(60)(도 1에 도시) 등을 이용하여 공기의 열교환기(10)에 대한 공급 압력을 30 ~ 80 mbar로 유지한다.
공기의 공급 압력이 너무 작은 경우, 연소기(30)(도 1에 도시)에 공급되는 공기의 양이 적으므로, 분광 건조기(20)의 분광 건조 효율이 저하될 수 있다. 또한, 공기의 공급 압력이 너무 큰 경우, 팬(60) 등에 너무 큰 부하가 걸릴 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 배가스 배출부(103)는 열교환부(101)의 아래에 위치한다. 배가스 배출부(103)는 열교환기(10)의 하부에 위치한다. 배가스 배출부(103)는 열교환부(101)를 통과한 배가스를 외부로 배출시킨다. 배가스 배출부(103)를 통하여 열교환기(10)로부터 배출되는 배가스의 온도는 열교환기(10)로 유입되는 배가스의 온도보다 40℃ 내지 50℃ 낮을 수 있다. 예를 들면, 열교환기(10)로 유입되는 배가스의 온도가 100℃인 경우, 열교환기(10)로부터 배출되는 배가스의 온도는 50℃ 내지 60℃일 수 있다.
전술한 온도차가 40℃ 미만인 경우, 열교환기(10)의 효율이 좋지 않으므로, 배가스에 함유된 증기의 회수 효율이 저하된다. 또한, 전술한 온도차가 50℃보다 큰 경우, 열교환기(10)의 용량이 커야 하므로 열교환기(10)의 설비비가 많이 소요된다. 따라서 전술한 범위로 배가스의 온도차를 유지한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 배가스 배출부(103)는 배가스 배출구(1031) 및 디미스터(1033)을 포함한다. 배가스 배출구(1031)는 배가스 배출부(103)의 측면에 형성된다. 따라서 열교환부(101)를 통과한 배가스는 그 흐름 방향이 꺾이면서 배가스 배출부(103)를 통하여 외부로 배출된다.
디미스터(1033)는 배가스의 흐름 방향, 즉 +x축 방향을 따라 배가스 배출구(1031)의 전단에 위치한다. 디미스터(1033)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다. 디미스터(1033)는 배가스에 함유된 증기를 최종적으로 제거한다. 따라서 증기가 거의 완전히 제거된 배가스를 외부로 배출시킬 수 있다. 그 결과, 배가스 배출로 인한 환경 오염을 방지할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 응축수 저장부(105)는 배가스 배출부(103)의 아래에 위치한다. 열교환부(101)를 통과하면서 배가스가 냉각되고, 배가스에 함유된 증기는 응축되어 중력에 의해 응축수 저장부(105)로 자연 낙하된다. 증기는 응축수 저장부(105)에서 응축수로서 저장된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 응축수 저장부(105)는 레벨러(1051) 및 배출구(1053)를 포함한다. 레벨러(1051)는 응축수의 저장 레벨을 측정한다. 레벨러(1051)가 응축수의 저장 레벨이 너무 높다고 감지한 경우, 배출구(1053)에 제어 신호를 전송한다. 닫혀 있던 배출구(1053)는 레벨러(1051)의 제어 신호에 따라 오픈되어 응축수를 외부로 배출시킨다. 응축수는 펌프(1055)에 의해 외부로 배출되어 공정수 등으로 사용될 수 있다. 따라서 용철 제조시에 사용되는 공정수의 양을 크게 절감할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범 위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 회수 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 열교환기의 내부 구조의 개략적인 도면이다.
<주요 도면부호의 간단한 설명>
100. 증기 회수 시스템 10. 열교환기
20. 분광 건조기 30. 연소기
40. 집진기 60. 팬
70. 연도 101. 열교환부
103. 배가스 배출부 105. 응축수 저장부
1011. 튜브

Claims (14)

  1. 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기의 회수 방법으로서,
    공기를 공급하여 열교환기를 통과시키는 단계,
    상기 열교환기를 통과한 공기를 이용하여 연료를 연소시키는 단계,
    상기 연료의 연소열에 의해 상기 분광이 건조되면서 상기 분광으로부터 배가스가 배출되는 단계,
    상기 배가스가 상기 열교환기를 통과하면서 상기 공기와 열교환되어 냉각되는 단계, 및
    상기 배가스에 함유된 증기를 응축수로서 회수하는 단계
    를 포함하는 증기 회수 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기를 공급하여 열교환기를 통과시키는 단계에서, 상기 공기의 상기 열교환기에 대한 공급 압력은 50 mbar 내지 150 mbar인 증기 회수 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배가스가 상기 공기와 열교환되어 냉각되는 단계에서, 상기 배가스는 상기 열교환기의 상부로부터 상기 열교환기의 하부로 흐르면서 냉각되는 증기 회수 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열교환기의 하부에서 상기 증기를 제거한 배가스를 외부로 배출하는 증기 회수 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환기로부터 배출되는 배가스의 온도는 상기 열교환기로 유입되는 배가스의 온도보다 40℃ 내지 50℃ 낮은 증기 회수 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 열교환기 내부에서 상기 공기는 상기 배가스의 흐름 방향과 교차하는 방향으로 흐르면서 상기 배가스와 간접 열교환되는 증기 회수 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배가스가 배출되는 단계 및 상기 배가스가 냉각되는 단계 사이에 상기 배가스에 함유된 분진을 집진하는 단계를 더 포함하는 증기 회수 방법.
  8. 분광 건조시의 배가스에 함유된 증기의 회수 시스템으로서,
    분광을 건조시키는 분광 건조기,
    공기를 공급받아 연료를 연소시켜서 상기 분광을 건조시키는 열을 공급하는 연소기, 및
    상기 분광 건조기로부터 배출되는 배가스와 상기 연소기에 공급되는 공기를 열교환시켜서 상기 증기를 응축수로서 회수하는 열교환기
    를 포함하는 증기 회수 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열교환기는,
    상기 배가스 및 상기 공기가 상호 열교환하는 열교환부,
    상기 열교환부의 아래에 위치하는 배가스 배출부, 및
    상기 배가스 배출부의 아래에 위치하는 응축수 저장부
    를 포함하는 증기 회수 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열교환부는 상기 열교환기의 상하 방향을 따라 설치된 복수의 튜브들을 포함하고, 상기 배가스는 상기 복수의 튜브들의 내부를 통하여 흐르는 증기 회수 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열교환부에는 상기 공기가 통과하는 공기 입구 및 공기 출구가 형성되고, 상기 공기 입구 및 상기 공기 출구의 연결 방향은 상기 복수의 튜브들의 길이 방향과 교차하는 증기 회수 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 배가스 배출부는,
    그 측면에 형성된 배가스 배출구, 및
    상기 배가스의 흐름 방향을 따라 상기 배가스 배출구의 전단에 위치하여 상기 배가스에 함유된 증기를 제거하는 디미스터(demister)
    를 포함하는 증기 회수 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 응축수 저장부는,
    상기 응축수의 저장 레벨을 측정하는 레벨러, 및
    상기 레벨러의 제어 신호에 따라 상기 응축수를 외부로 배출시키는 배출구
    를 포함하는 증기 회수 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 분광 건조기와 상기 열교환기의 사이에 설치되어 상기 배가스에 함유된 분진을 집진하는 하나 이상의 집진기를 더 포함하는 증기 회수 시스템.
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