KR101149371B1 - 코크스 오븐 배기 가스 순환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 오븐에서 열원으로 사용된 배기 가스를 순환시켜서 산화질소계 가스(NOx) 발생량을 감소시킨 코크스 오븐 배기 가스 순환장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치는,

연소실에 구비되는 공기 유입구, 가스 유입구, 그리고 코크스 오븐 가스 유입구; 상기 연소실로부터 연소되어 발생된 배기 가스가 배출되는 폐기변; 및, 상기 폐기변으로부터 배기 가스의 일부가 인출되어 순환되며, 상기 배기 가스의 일부를 다시 상기 연소실로 공급하는 순환 배관을 포함한다.

코크스오븐, 폐기변

Description

코크스 오븐 배기 가스 순환장치{Gas circulation device for coke oven}

본 발명은 코크스 오븐 배기 가스 순환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코크스 오븐에서 열원으로 사용된 배기 가스를 순환시켜서 산화질소계 가스(NOx) 발생량을 감소시킨 코크스 오븐 배기 가스 순환장치에 관한 것이다.

제선 공정에서 사용되는 코크스는 고로 내에서 철광석을 환원시키는 환원제의 역할을 하고, 산소와 반응하여 다량의 열을 발생시키는 고로의 열원으로서 역할을 하며, 로 내 반응이 원활하도록 고로 내의 통기성을 유지하는 역할을 하는 중요한 제선 원료이다. 이러한 코크스는 석탄을 건류하는 탄화실과 건류에 필요한 열원을 공급하는 연소실이 교대로 직열되어 있는 코크스 오븐 내에서 제조된다.

일반적으로, 코크스는 코크스 오븐의 탄화실(chamber) 내부에 배합탄을 장입하고, 연소실 내부에는 혼합 가스와 연소용 공기가 연소되어 발생된 열이 탄화실에 전달하여 코크스를 건류하여 제조된다. 코크스 오븐은 배합탄이 장입되는 복수의 탄화실들과, 이 탄화실들과 내화 벽돌로 분리되며 코크스 오븐의 내부에서 연소가 이루어지는 개별 연소실들로 구성된다. 이 개별 연소실들은 각 개별 탄화실을 사이에 두고 코크스 오븐 내에서 대략 30여개소로 이루어진다.

연소실에서는 혼합 가스(Mixed Gas)와 공기를 별도의 통로로 유입하여 하부 버너에서 연소하며, 이 때 발생되는 열을 이용하여 석탄을 코크스로 건류시킨다. 연소실 내부에서 혼합 가스와 공기의 연소 반응 시 산화질소계 가스(NOx)가 발생한다. 산화질소계 가스(NOx) 발생은 크게 Thermal NOx, Fuel NOx, Prompt NOx 3가지가 있으며, 코크스 오븐에서는 Thermal NOx가 발생량의 80 내지 90%를 차지하고 있다. 이 Thermal NOx는 연소용 공기 중에 포함된 질소와 산소가 고온에서 반응하여 NOx를 생성되는 것이다.

에어 인레트 박스(Air Inlet Box: AIB)를 통해 들어오는 공기와 가스 인레트 박스(Gas Inet Box: GIB)를 통해 들어오는 혼합 가스(Mixed gas)는 축열실을 거쳐 연소실로 들어가게 되고 하부 버너에 의해 연소된다. 연소된 배기 가스는 헤어 핀(Hair Pin)을 통해 다음 번호 연소실로 넘어가고, 이후 폐기변을 통해 굴뚝으로 나가게 된다. 이때, 연소 과정을 통해 NOx가 생성되는데, 이 NOx는 유해 물질이므로, 그 발생량이 많으면 대기 환경을 오염시킨다는 문제가 있다. 또한, 대기 환경 오염을 방지하기 위해 그 발생량을 일정하게 규제하고 있는데, 이러한 규제치를 준수하기 위해서는 일정한 시간 간격으로 연소실의 가동을 중지시켜야 하므로, 가동률이 저하되며, 따라서 생산성이 저하된다는 문제가 있다. 또한, 에어 인레트 박스를 통해 유입되는 공기와 가스 인레트 박스를 통해 유입되는 가스가 하부 버너 근처에서 국부적인 연소를 하여 생산성이 저하된다는 문제가 있다.

본 발명의 일 기술적 과제는 유해 물질의 발생량을 감소시킬 수 있는 코크스 오븐 배기 가스 순환장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 일 기술적 과제는 연소실 가동률을 증가시켜서 생산성을 향상시킬 수 있는 코크스 오븐 배기 가스 순환장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 일 기술적 과제는 공기와 연소 가스의 국부적인 연소를 방지하여 생산성을 향상시킬 수 있는 코크스 오븐 배기 가스 순환장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치는,

연소실에 구비되는 공기 유입구, 가스 유입구, 그리고 코크스 오븐 가스 유입구; 상기 연소실로부터 연소되어 발생된 배기 가스가 배출되는 폐기변; 상기 폐기변으로부터 배기 가스의 일부가 인출되어 순환되며, 상기 배기 가스의 일부를 다시 상기 연소실로 공급하는 순환 배관; 및 상기 순환 배관 내의 배기 가스를 냉각시키는 배기 가스 냉각부;를 포함한다.

상기 순환 배관에 설치되며, 배기 가스를 흡입하는 블로워를 포함할 수 있다.

상기 코크스 오븐 가스 유입구는 코크스 오븐 가스 공급관과 연결되며, 상기 순환 배관은 상기 코크스 오븐 가스 공급관과 연결되는 것이 바람직하다.

상기 순환 배관은 메인 순환 배관과 상기 메인 순환 배관의 측면에 형성되는 다수 개의 서브 순환 배관으로 이루어지며, 상기 서브 순환 배관은 상기 코크스 오븐 가스 공급관과 연결되는 것이 바람직하다.

상기 배기 가스 냉각부는 상기 블로워의 전단 또는 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 배기 가스에 함유된 산화질소계 가스(NOx)의 일부를 순환시켜서 재사용함으로써 유해 물질의 발생량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 환경 오염과 관련된 설비 가동 규제치를 준수하는 것이 용이하게 되어 연소실 가동률을 증가시킬 수 있으며, 그 결과 제품 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 공기와 연소 가스의 국부적인 연소를 방지하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치를 도시한 측면도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치의 연소실을 확대 도시한 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치의 동작 과정을 도시한 도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치는, 연소실(10)에 구비되는 공기 유입구(11), 가스 유입구(12), 그리고 코크스 오븐 가스 유입구(13)와, 상기 연소실로부터 연소되어 발생된 배기 가스가 배출되는 폐기변(WHV: Waste Heat Valve)(20)과, 상기 폐기변으로부터 배기 가스의 일부가 인출되어 순환되며, 배기 가스의 일부를 다시 연소실로 공급하는 순환 배관(30)을 포함한다. 또한, 상기 순환 배관에 설치되며, 배기 가스를 흡입하는 블로워(40)를 포함할 수 있다.

연소실(10)에는 산소를 공급하기 위한 공기 유입구(11)와 혼합 가스(mixed gas)를 공급하기 위한 가스 유입구(12), 그리고 코크스 오븐 가스(Coke Oven Gas)를 공급하기 위한 코크스 오븐 가스 유입구(13)가 구비된다. 여기서, 상기 혼합 가스는 코크스 오븐 가스와 용광로에서 발생되는 용광로 가스를 포함하며, 혼합 가스는 용광로가 가동될 때 가스 인레트 박스(Gas Inlet Box)(19)와 연결된 가스 유입관(17) 및 가스 유입구(12)를 통해 공급된다. 한편, 산소 공급을 위한 공기는 에어 인레트 박스(Air Inlet Box)(16)와 연결된 공기 유입관(16) 및 공기 유입구(11)를 통해 공급된다.

용광로 미가동시에는 코크스 오븐 가스 유입구(13)를 통해서 용광로 가스가 포함되지 않는 코크스 오븐 가스가 공급된다. 그리고, 이 코크스 오븐 가스 유입구(13)를 통해 배기 가스가 순환되어 공급되는데 이에 대해선 후술한다. 이 배기 가스는 폐가스라고도 하며, 산화질소계 가스(NOx)를 포함하는 가스이다.

한편, 상기 연소실(10)은 복수 개로 이루어지고, 두 개의 연소실(10a, 10b)이 짝을 이루게 된다. 그리고 복수 개의 연소실(10)은 두 개가 짝을 이루어 홀수번 연소실(10a)과 짝수번 연소실(10b)로 구별되고, 탄화실(미도시)의 온도를 일정하게 유지하기 위해서 홀수번 연소실(10a)과 짝수번 연소실(10b)은 교대로 작동한다. 홀수번 연소실(10a)과 짝수번 연소실(10b)의 연소 작용이 교대로 일어나는 것을 리버싱이라고 하며, 이러한 리버싱은 실린더와 풀로드로 이루어진 리버싱 장치(미도시)에 의하여 연소 가스의 주입과 배기 가스의 배출이 조절됨으로써, 리버싱 작용을 일으키게 된다. 이 리버싱 작용은 통상 20분 간격으로 발생한다.

상기 탄화실에는 연소실(10)에서 발생한 열에 의해 건류되는 배합탄이 장입되어 있고, 연소실(10)과 탄화실 사이에는 내화벽이 설치되어 있다. 탄화실은 복수 개의 연소실 사이에 배치된다.

상기 폐기변(20)은 연소실(10)로부터 연소되어 축열실(미도시)과 배기관(P)을 거친 배기 가스를 배출하기 위한 것으로, 상기 폐기변(20)은 소연도(60)로 연결되고, 이 소연도(60)는 각각의 침니 밸브(61)를 사이에 두고 대연도(70)로 연결된 다. 또한, 이 대연도(70)는 굴뚝(80)으로 연결되어 이 굴뚝(80)을 통해 배기 가스가 배출된다.

한편, 상기와 같이 배출되는 배기 가스의 일부를 순환시켜서 이를 다시 연소실(10)로 공급하기 위해 본 실시예에서는 상기 폐기변(20)으로부터 배출되는 배기 가스의 일부를 순환시키기 위한 순환 배관(30)이 마련된다. 또한, 상기 폐기변(20)으로부터 배출되는 배기 가스의 일부를 흡입하여 상기 순환 배관(30)을 통해 순환시키기 위한 블로워(40)가 마련된다.

코크스 오븐 가스 유입구(13)는 코크스 오븐 가스 공급관(14)과 연결되고, 순환 배관(30)은 이 코크스 오븐 가스 공급관(14)과 연결되는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 블로워(40)에 의해 흡입되어 순환하는 배기 가스는 코크스 오븐 가스 공급관(14)을 통해 연소실(10)로 공급될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 순환 배관(30)은 메인 순환 배관(31)과 상기 메인 순환 배관의 측면에 형성되는 다수 개의 서브 순환 배관(32)으로 이루어지며, 서브 순환 배관(32)이 코크스 오븐 가스 공급관(14)과 연결되는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 하면 순환 배관을 통해 순환하는 배기 가스는 코크스 오븐 가스 공급관(14)으로 균등하게 배분되어 공급될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치는 블로워(40)에 의해 흡입되어 순환 배관(30)을 통해 순환되는 배기 가스의 온도를 낮추기 위한 배기 가스 냉각부(50)를 포함할 수 있다. 상기 배기 가스 냉각부(50)로는, 예를 들면 물을 이용하여 배기 가스를 냉각시키는 워터 쿨러(water cooler) 등을 사용할 수 있으며, 그 냉각 효과를 높이기 위해 블로워(40)의 전단 또는 후단에 설치되는 것이 바람직하다. 도면에서는 블로워(40)의 후단에 설치된 것을 예시하고 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치의 동작 과정은 다음과 같다.

공기 유입구(11)와 가스 유입구(12)를 통해 공기와 혼합 가스는 축열실을 거쳐 연소실 내부에 유입되고, 하부 버너에 의해 공기와 혼합 가스가 반응하여 고온의 배기 가스를 형성한다. 형성된 고온의 배기 가스는 헤어 핀(15)을 통해 다음 번호 연소실로 넘어가고, 탄화실에 고온의 열을 전달하면서 배기관(P)을 통해 폐기변(20)을 통과한다. 폐기변을 통과한 배기 가스는 소연도(60), 침니 밸브(61), 대연도(70)를 경유하여 굴뚝(80)을 통해 배출된다. 이때, 이러한 배출 과정에서 배기 가스가 폐기변(20)을 통과할 때, 블로워(40)를 가동시켜서 배출되는 배기 가스의 일부가 흡입되도록 하고, 흡입된 배기 가스는 순환 배관(30)을 통해 순환된다.

순환되는 배기 가스는 블로워(40)의 후단에 설치된 배기 가스 냉각부(50)를 경유하면서 소정의 온도, 바람직하게는 100이하로 냉각되고, 냉각된 배기 가스는 코크스 오븐 가스 공급관(14)으로 유입된다. 이때, 다수 개의 서브 순환 배관(32)을 통해 코크스 오븐 가스 공급관(14)으로 유입되는 것이 바람직하며, 이렇게 하면 배기 가스는 코크스 오븐 가스 공급관(14)으로 균등하게 배분되어 공급될 수 있다.

코크스 오븐 가스 공급관(14)으로 유입된 배기 가스는 다시 코크스 오븐 가 스 유입구(13)를 통해 코크스 오븐 가스와 함께 연소실(10)로 공급된다. 연소실 내부에서는 하부 버너에 의하여, 공기 유입구(11)를 통해 유입된 공기와 코크스 오븐 가스 유입구(13)를 통해 공급된 코크스 오븐 가스 및 배기 가스가 연소된다.

이때, 연소실 내부는 배기 가스가 점유하는 부피로 인해 배기 가스가 유입되기 전 보다는 연소실 내부의 산소 함량이 낮아지므로, 하부 버너 근처에서 발생하는 국부적인 연소를 방지할 수 있게 된다. 또한, 이 배기 가스는 배기 가스 냉각부(50)에 의해 그 온도가 낮아진 것이므로, 연소 반응을 위한 활성화 에너지가 더 필요하게 되어 연소 반응을 지연시킬 수 있게 되어, 국부적인 연소를 방지할 수 있게 된다. 또한, 산화질소계 가스를 포함하는 배기 가스 배출시, 그 일부를 순환시켜 재사용함으로써, 유해 물질의 발생량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 규제치를 준수하는 것이 용이하게 되어 연소실 가동률을 증가시키게 되어 제품 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치를 도시한 측면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치의 연소실을 확대 도시한 사시도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 배기 가스 순환장치의 동작 과정을 도시한 도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 연소실 20 : 폐기변

30 : 순환 배관 40 : 블로워

50 : 배기 가스 냉각부

Claims (6)

1. 코크스 오븐용 배기 가스 순환장치로서,

   연소실에 구비되는 공기 유입구, 가스 유입구, 그리고 코크스 오븐 가스 유입구;

   상기 연소실로부터 연소되어 발생된 배기 가스가 배출되는 폐기변;

   상기 폐기변으로부터 배기 가스의 일부가 인출되어 순환되며, 상기 배기 가스의 일부를 다시 상기 연소실로 공급하는 순환 배관; 및

   상기 순환 배관 내의 배기 가스를 냉각시키는 배기 가스 냉각부;

   를 포함하는 코크스 오븐 배기 가스 순환장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 순환 배관에 설치되며, 배기 가스를 흡입하는 블로워를 포함하는 코크스 오븐 배기 가스 순환장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 코크스 오븐 가스 유입구는 코크스 오븐 가스 공급관과 연결되며, 상기 순환 배관은 상기 코크스 오븐 가스 공급관과 연결되는 코크스 오븐 배기 가스 순환장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 순환 배관은 메인 순환 배관과 상기 메인 순환 배관의 측면에 형성되는 다수 개의 서브 순환 배관으로 이루어지며, 상기 서브 순환 배관은 상기 코크스 오븐 가스 공급관과 연결되는 코크스 오븐 배기 가스 순환장치.
5. 삭제
6. 청구항 2에 있어서,

   상기 배기 가스 냉각부는 상기 블로워의 전단 또는 후단에 설치되는 코크스 오븐 배기 가스 순환장치.

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