KR101360056B1 - 고로 휴지시 배가스 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배가스의 연소효율을 향상시켜서 대기오염 등을 방지할 수 있는 고로 휴지시 배가스 연소장치에 관한 것으로, 방산관의 배출구 전방에 설치되고, 하우징 내에 설치되어 점화불꽃을 형성하기 위한 연소실과, 상기 연소실에 연소연료와 공기의 혼합연료를 공급하기 위한 혼합연료 공급관과, 상기 연소실에 근접 설치되어 혼합연료를 점화하기 위한 점화기와, 상기 점화불꽃이 전방으로 방출되는 방출구를 포함하는 연소버너; 및 상기 연소버너의 방출구 주위에서 에어를 분사하도록 상기 방출구 둘레에 설치되는 에어 분사부를 포함하여 구성된다.

Description

고로 휴지시 배가스 연소장치 {APPARATUS FOR BURNING EXHAUST GAS IN DISCONTINUANCE OF BLAST FURNACE}

본 발명은 고로 휴지시 대기로 배출되는 배가스를 연소하는 고로 휴지시 배가스 연소장치에 관한 것으로, 상세하게는 배가스의 연소효율을 향상시켜서 대기오염 등을 방지할 수 있는 고로 휴지시 배가스 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고로 설비에서의 공정진행 중에 인체에 유해한 각종 가스 등이 발생되고, 이러한 유해가스를 포함한 배가스가 대기로 방출된 경우에 인체에 유해할 수 있는 환경오염을 유발하게 된다. 이러한 배가스는 대기로 배출되기 전에 포집된 후 별도의 연소탑을 통해 연소처리되어 배출되므로 안정성을 높이도록 하고 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 고로의 상부에서 장입되는 코크스와 철광석을 고온의 열풍에 의해 용융시킴으로써 용선을 생산하는 고로설비에 있어서, 송풍기(3)에서 생성된 바람은 고열의 열풍로(2)를 경유하여 열풍으로 변화된 후 열풍본관(4)과 송풍지관(6)을 경유하고, 최종적으로 풍구를 통과하여 고로(1) 내부로 공급된다.

그리고, 통상 1개월 내지 2개월 간격으로 정기적으로 실시하는 용광로 정기수리 또는 통상 6개월 내지 12개월 간격으로 하는 노벽 보수를 위해 용광로에는 일시적 또는 장기적 휴지 또는 휴풍이 필요하다. 이때, 수리 또는 보수작업을 수행함에 있어서, 열풍관(5)을 폐쇄하고, 잔류된 가스를 방산관(10)을 통해서 대기중으로 방산시켜 주어야 한다.

방산관(10)을 통해서 대기중으로 방산되는 배가스에는 고로의 휴풍작업시 발생하는 일산화탄소가스, 미연소 미분탄, 철광석 가루, 더스트 등의 유해가스가 포함되어 있으며, 작업자는 기름걸레 등을 이용한 착화봉을 사용하여 방산관(10)의 배출구를 통해 방산되는 배가스를 수작업으로 연소시킴으로써 유해가스가 대기중으로 방출되는 것을 방지시킨다.

그러나, 방산관(10)을 통해 방산되는 배가스에 함유된 유해가스를 연소시킬 수 있도록 착화시키기 위하여, 작업자가 착화를 위한 자재 및 집기류 등을 준비하는 데 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 방산관(10)의 배출구 높이는 약 50m의 고소지점에 위치하고 있으며, 이러한 고소지점에서 대기 바람의 풍속은 고속이므로, 작업자가 착화봉을 사용하여 방산관의 배출구를 통해 방산되는 배가스에 대한 착화작업을 진행할 때, 착화봉의 화염이 꺼져서 유해가스를 연소시키지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 고소지점에서 작업자가 착화작업을 수행하는 경우, 추락 등의 안전사고를 유발시킬 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 배가스의 연소에 소요되는 시간 및 인력을 감소시키고, 또한 배가스의 연소효율을 향상시켜서 대기오염 등을 방지할 수 있는 고로 휴지시 배가스 연소장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고로 휴지시 배가스 연소장치는, 고로 휴지시 방산관을 통해 배출되는 배가스를 연소시키도록 된 배가스 연소장치에 있어서, 상기 방산관의 배출구 전방에 설치되고, 하우징 내에 설치되어 점화불꽃을 형성하기 위한 연소실과, 상기 연소실에 연소연료와 공기의 혼합연료를 공급하기 위한 혼합연료 공급관과, 상기 연소실에 근접 설치되어 혼합연료를 점화하기 위한 점화기와, 상기 점화불꽃이 전방으로 방출되는 방출구를 포함하는 연소버너; 및 상기 연소버너의 방출구 주위에서 에어를 분사하도록 상기 방출구 둘레에 설치되는 에어 분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 고로 휴지시 배가스 연소장치는 상기 방산관의 내부에 설치되어 상기 배가스 중의 연소연료의 양을 측정하는 연소연료량 감지부와; 상기 연소연료량 감지부에서 측정된 연소연료량이 입력된 기준치를 벗어나는 경우에, 상기 배가스에 연소연료를 추가 분사하는 연소연료 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 에어 분사부는 다수의 분사구가 형성된 노즐관 또는 랜스구조체로 구성된다.

또한, 고로 휴지시 배가스 연소장치는 상기 연소버너의 방출구 전방에 설치되어, 상기 연소버너의 점화불꽃을 감시하기 위한 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 배가스가 연소될 수 있도록 원격조작에 의해 점화불꽃을 제공하는 연소버너를 방산관의 배출구 전방에 설치함으로써, 배가스의 연소 소요시간을 단축시키고 소요인력을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 상기 연소버너의 방출구 주위에 에어를 분사하도록 설치된 에어 분사부를 추가로 제공함으로써 점화불꽃이 고속의 외풍 등에 의한 영향을 제거하여 배가스의 연소효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 고소지점에서 작업자가 배가스 연소를 위한 착화작업을 수행할 필요가 없게 되므로, 추락 등의 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 고로 설비의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고로 휴지시 배가스 연소장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2의 연소버너의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고로 휴지시 배가스 연소장치의 동작상태를 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이러한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

고로 설비(정제설비 또는 화학제조설비 포함)에서 발생되는 배가스를 대기 중으로 배출하는 방산관(10)은 상당히 높은 높이로 설치되어 있으며, 대체적으로 그 상단부는 배가스가 배출되는 배출구로 작용한다. 상기 배가스에는 각 설비의 기체연료로 사용되는 COG(cokes oven gas), LNG 또는 LPG 등과 같은 연소연료가 포함된다. 방산관(10)의 하부에는 배출되는 배가스가 역류하는 것을 방지하기 위한 역류방지 밸브(back draft valve; 미도시)가 설치될 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 배가스가 배출되는 방산관(10)의 배출구가 위치하는 높이에서는 대체적으로 바람의 세기가 강력한 환경이 조성된다.

도 2는 본 발명에 따른 고로 휴지시 배가스 연소장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2의 연소버너의 정면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 고로 휴지시 배가스 연소장치의 동작상태를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 배가스 연소장치는 크게 연소버너(100)와, 에어 분사부(200)와, 연소연료 분사부(300)를 포함하여 구성된다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 배가스 연소장치의 연소버너(100)는 하우징(101), 연소실(103), 혼합연료 공급관(105), 점화기(107) 및 방출구(109)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

하우징(101)은 연소버너(100)의 구성요소들을 지지 및 보호하는 것으로, 내부로 더스트 및 기타 이물질 등이 침투 못하도록 정교하게 원형의 판부재로 제작되어진다.

연소실(103)은 배가스가 연소되도록 점화시키기 위한 점화불꽃을 형성하는 것으로, 하우징(101)의 상단 측에 설치된다.

혼합연료 공급관(105)은 연소실(103)에 연소연료와 공기의 혼합연료를 공급하는 것으로, 연소실(103) 및 혼합연료를 생성하는 혼합연료 공급부(미도시)와 서로 연결되어 있다.

점화기(107)는 상기 연소실(103)에 근접하게 설치되며, 연소실(103)의 내부에서 점화불꽃을 생성할 수 있게 혼합연료를 점화시킨다.

방출구(109)는 연소실(103)에서 발생되는 점화불꽃(A)이 외부로 방출되는 것으로, 원형으로 형성되는 것이 바람직하나, 점화불꽃을 분사하기 용이하다면 그 형상이 삼각, 사각, 타원형 등 기타 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다.

여기서, 연소버너(100)의 방출구(109)로부터 방출되는 점화불꽃은 방산관(10)의 배출구 전방에서 배출되는 배가스의 배출방향에 대해 수직으로 방출된다. 따라서, 연소버너(100)로부터 방출되는 점화불꽃에 의해 점화됨으로써 연소연료가 포함된 배가스의 연소작용이 이루어진다.

바람직하게, 연소버너(100)는 연소공기 조절이 용이하고, 점화시 대기 바람의 영향을 고려하여 방산관(10)의 곡관부 내측에 점화불꽃이 위치하도록 설계한다.

연소실(103)에는 COG(cokes oven gas), LNG 또는 LPG 등과 같은 연소연료와 공기가 혼합되어 있는 혼합연료가 유입되고, 점화기(107)에 의해 그 내부에서 점화불꽃을 생성할 수 있는 연소공간이 제공된다. 그 결과 발생되는 점화불꽃(A)은 방출구(24)를 통해 방출된다.

혼합연료 공급관(105)은 예를 들어 상기 혼합연료를 생성하는 혼합연료 공급부(미도시)와 연결되어 있다.

점화기(107)는 예를 들어 스파크 플러그의 형태로 제공될 수 있다. 이 경우에, 상기 스파크 플러그에서의 전기작용에 의해 불꽃이 발생된다.

또한, 점화기(107)에는 고압라인(미도시)이 점화기의 팁에서 스파크를 발생시키도록 연결될 수 있으며, 고압라인에는 외부에서 점화용 스파크 발생을 위한 전원공급 고압 케이블이 접속될 수 있다. 고압 라인은 스테인레스 재질(SUS)로 형성되어 있으며, 점화를 위해 스파크를 발생시키는 팁 외에는 모두가 절연체로 둘러 쌓여진다.

하우징(101)에 있어서, 혼합연료 공급관(105)을 통해 연소실(103)로 유입된 혼합연료는 점화기(107)에서 생성되는 불꽃에 의해 점화되어 연소되고, 그 결과 발생되는 점화불꽃(A)은 방출구(109)를 통해 방출된다.

또한, 상기 연소버너(100)의 방출구(109) 주위에는 에어를 분사하도록 상기 방출구(109) 둘레에 설치되는 에어 분사부(200)가 제공된다.

바람직하게, 에어 분사부(200)는 하우징(101)의 방출구(109)를 통해 방출되는 점화불꽃(A)의 주위에서 점화불꽃(A)의 방출방향과 동일한 방향, 예를 들어 상방으로 에어를 분사하도록 설치된다.

에어 분사부(200)는 하우징(101)을 둘러싸고 상부에 다수의 분사구(205)가 형성되어 있는 노즐관으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 에어를 분사할 수 있는 구조를 갖는 다른 구조체로 구성될 수 있다. 예를 들어, 에어 분사부(200)는 에어를 분사할 수 있는 랜스 구조체로도 구성될 수 있다.

일실시예에서, 에어 분사부(200)는 에어가 공급되는 에어 공급관(201)과, 에어 공급관(201)에 연결되어 에어를 유입시키는 에어 유입부(203)와, 에어가 분출되는 에어 분사구(205)를 포함한다.

여기서, 에어 분사구(205)는 원형으로 형성되는 것이 바람직하나, 에어를 분사하기 용이하다면 에어 분사구(205)의 형상이 삼각, 사각, 타원형 등 기타 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다.

에어 공급부(미도시)와 에어 유입부(203)는 에어 공급관(201)를 통해서 에어소통이 가능하게 연결된다. 따라서, 에어 공급부(미도시)로부터 에어 공급관(201)을 통해서 공급되는 에어는 에어 유입구(203)를 경유하여 에어 분사구(205)를 통해서 외부로 분사된다.

한편, 방산관(10)을 통해서 배출되는 배가스에 예를 들어 상대적으로 많은 양의 수증기가 포함되어 있는 경우에, 연소버너(100)의 방출구(109)에서 방출되는 점화불꽃(A)에 의해 배가스가 점화되지 못할 수 있다. 이러한 경우에, 배가스의 연소작용을 보조하기 위하여 배가스에 COG, LNG 또는 LPG 등과 같은 연소연료를 추가로 공급할 필요가 있다.

이를 위해서, 방산관(10)의 내부에는 배가스 중에 연소연료가 부족한 경우에 연소연료를 추가 분사하는 연소연료 분사부(300)가 제공된다.

상기 연소연료 분사부(300)는 방산관(10)의 내부에 설치되어, 배가스 중의 연소연료의 양을 측정하는 연소연료량 감지부(301)에서 측정된 연소연료량이 입력된 기준치를 벗어나는 경우에, 즉 배가스 중에 연소연료가 부족한 경우에 연소연료 공급관(303)을 통해 공급되는 연소연료를 추가 분사하도록 구성된다.

여기서, 연소연료량 감지부(301)는 연소연료인 COG, LNG 또는 LPG 등의 양을 검출하는 COG, LNG 또는 LPG 센서가 될 수 있다.

이러한 센서들은 이미 공지된 기술임으로 상세한 설명은 생략하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 연소연료 분사부(300)는 에어 분사부(200)와 유사하게 연소연료를 분사할 수 있는 다수의 분사구가 형성된 노즐관 또는 랜스구조체로 구성될 수 있다.

또한, 방산관(10)의 배출구 전방에 설치되어, 상기 연소버너(100)의 점화불꽃을 감시하기 위한 카메라(400)를 더 포함할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 연소버너(100)의 점화불꽃에 의해 배가스가 연소될 때 방산관(10)의 화염을 카메라(400)와 연결되는 원격 모니터로 감시할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 배가스 연소장치의 작동에 대해 설명한다.

고로 휴지시 COG(cokes oven gas), LNG 또는 LPG 등과 같은 연소연료가 포함되어 있는 배가스가 대기중으로 배출되기 전에 이를 연소시키기 위하여, 방산관(10)의 배출구의 전방에 설치된 연소버너(100)를 작동시킨다.

먼저, 연소버너(100)의 작동전에, 에어 분사부(200)가 작동되는데, 에어 공급부(미도시)로부터 에어 공급관(201)을 통해서 공급되는 에어가 에어 유입구(203)를 경유하여 에어 분사구(205)를 통해서 외부로 분사된다. 바람직하게, 에어는 하우징(101)의 방출구(109)를 통해 방출되는 점화불꽃(A)의 주위에서 점화불꽃(A)의 방출방향과 동일한 방향, 예를 들어 상방으로 분사된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 에어 분사부(200)로부터 분사되는 에어는 점화불꽃(A)의 주위에 에어커튼(B)을 형성하게 된다. 이러한 에어커튼(B)은 방산관(10)의 배출구가 약 50m의 고소지점에서 위치됨으로 인하여 고속의 풍속으로 점화불꽃(A)이 꺼지는 것을 방지한다.

다음에, 연소버너(100)가 작동되는데, 연소실(103)에는 COG(cokes oven gas), LNG 또는 LPG 등과 같은 연소연료와 공기가 혼합되어 있는 혼합연료가 유입되고, 점화기(107)에 의해 그 내부에서 점화불꽃이 생성되며, 그 결과 발생되는 점화불꽃(A)이 방출구(109)를 통해 방출된다.

이러한 점화불꽃(A)은 연소버너(100)의 방출구(109)를 통해서 상방으로 방출된다. 이때, 점화불꽃(A)의 주위에는 에어 분사부(200)로부터 분사되는 에어의 에어커튼(B)이 이미 형성되어 있으므로, 고소지점에서 고속의 바람에 의한 영향이 감소될 수 있게 된다.

이상과 같이, 점화불꽃(A)이 방산관(10)의 배출구의 전방에 형성된 상태에서, 배가스가 배출되면 배가스에 함유되어 있는 연소연료가 점화되어 결과적으로 배가스를 연소시키게 된다.

본 실시예에 있어서, 연소버너(100)의 작동전에 에어 분사부(200)가 작동되는 것으로 설명하였으나, 필요에 따라 연소버너(100)와 에어 분사부(200)가 함께 작동될 수 있으며, 다른 경우에 연소버너(100)의 작동후 에어 분사부(200)가 작동될 수도 있다.

한편, 앞서 언급한 바와 같이, 방산관(10)을 통해서 배출되는 배가스에 예를 들어 상대적으로 많은 양의 수증기가 포함되어 있는 경우에, 연소버너(200)의 방출구(109)에서 방출되는 점화불꽃(A)에 의해 배가스가 점화되지 못할 수 있다.

이러한 경우에, 배가스의 연소작용을 보조하기 위하여 배가스에 COG, LNG 또는 LPG 등과 같은 연소연료를 추가로 공급하게 되는데, 연소연료의 추가 공급은 연소연료 분사부(300)에 의해 제공된다.

연소연료 분사부(300)는 방산관(10)의 내부에 설치되어 배가스 중의 연소연료의 양을 측정하는 연소연료량 감지부(301)에서 측정된 연소연료량이 입력된 기준치를 벗어나는 경우에, 즉 배가스 중에 연소연료가 상대적으로 부족한 경우에 연소연료 공급관(303)을 통해 공급되는 연소연료를 추가 분사하게 된다.

추가로 공급된 연소연료는 방산관(10)을 통해 배출되는 배가스를 향해 토출되며, 결과적으로 연소연료 분사부(300)에서 토출된 연소연료가 혼합된 배가스는 방산관(10)의 배출구를 통해 배출되면서 점화불꽃(A)의 점화작용에 의해 더욱 효과적으로 연소될 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 점화불꽃이 고속의 외풍 등에 의해 꺼지는 것을 방지하여 배가스의 연소효율을 향상시킬 수 있으며, 실질적으로 배가스의 배출을 차단함으로써 인체에 유해한 대기오염 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 연소버너(100)의 점화불꽃에 의해 배가스가 연소될 때 방산관(10)의 화염을 카메라(400)와 연결되는 원격 모니터로 감시할 수 있다.

상술된 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 첨부된 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

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

10 : 방산관 100 : 연소버너
200 : 에어 분사부 300 : 연소연료 분사부
101 : 하우징 103 : 연소실
105 : 혼합연료 공급관 107 : 점화기
109 : 방출구 A : 점화불꽃
B : 에어커튼

Claims (4)

1. 고로 휴지시 방산관을 통해 배출되는 배가스를 연소시키도록 된 배가스 연소장치에 있어서,
   상기 방산관의 배출구 전방에 설치되고, 하우징 내에 설치되어 점화불꽃을 형성하기 위한 연소실과, 상기 연소실에 연소연료와 공기의 혼합연료를 공급하기 위한 혼합연료 공급관과, 상기 연소실에 근접 설치되어 혼합연료를 점화하기 위한 점화기와, 상기 점화불꽃이 전방으로 방출되는 방출구를 포함하는 연소버너; 및
   상기 연소버너의 방출구 주위에서 에어를 분사하도록 상기 방출구 둘레에 설치되는 에어 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 휴지시 배가스 연소장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 방산관의 내부에 설치되어 상기 배가스 중의 연소연료의 양을 측정하는 연소연료량 감지부와;
   상기 연소연료량 감지부에서 측정된 연소연료량이 입력된 기준치를 벗어나는 경우에, 상기 배가스에 연소연료를 추가 분사하는 연소연료 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 휴지시 배가스 연소장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 에어 분사부는 다수의 분사구가 형성된 노즐관 또는 랜스구조체로 구성되는 것을 특징으로 하는 고로 휴지시 배가스 연소장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 연소버너의 방출구 전방에 설치되어, 상기 연소버너의 점화불꽃을 감시하기 위한 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 휴지시 배가스 연소장치.
   

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