KR101365530B1 - 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치 및 방법 - Google Patents

코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전 중 소화탑과 보일러 설비 사이의 핫 가스 덕트에서 발생되는 과잉 부압을 해소하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 일 실시형태에 따른 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치는 코크스 건식 소화설비에 발생되는 과잉 부압을 제어하는 장치로서, 하부에 쿨링챔버가 마련되고, 상기 쿨링챔버의 상부에 이어지는 프리챔버가 마련되며, 상기 쿨링챔버와 연통되면서 상기 프리챔버를 둘러싸는 링 덕트가 마련되고, 상기 프리챔버로 장입되어 상기 쿨링챔버로 이동되는 코크스를 순환 가스를 이용하여 냉각시키는 소화탑과; 상기 링 덕트에 연결되어 상기 소화탑에서 상기 코크스와 열교환 되면서 현열에 의해 승온된 순환 가스가 유동되는 핫 가스 덕트와; 상기 핫 가스 덕트에 연결되어 상기 순환 가스의 현열을 회수하는 보일러와; 상기 보일러와 상기 소화탑의 쿨링챔버를 연결시켜 폐순환 구조를 조성하고, 순환팬이 설치되어 상기 순환 가스를 강제로 순환시키는 순환 배관과; 상기 순환 배관을 통하여 강제로 순환되는 상기 순환 가스와는 별개로 상기 소화탑의 쿨링챔버로 불활성 가스를 공급하는 가스 공급유닛을 포함한다.

Description

코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLING NEGATIVE PRESSURE IN COKES DRY QUENCHING FACILITIES}
본 발명은 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전 중 소화탑과 보일러 설비 사이의 핫 가스 덕트에서 발생되는 과잉 부압을 해소하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
제철 공정의 고로에서 열원 및 철광석의 환원제로 사용되는 코크스는 코크스 오븐(coke oven)에서 석탄을 건류하여 적열 상태(1000℃ 이상)의 코크스를 생산하게 된다.
그리고 상기한 적열 상태의 코크스를 냉각시키는 방식에는 상온 상태의 냉각수를 살수하여 냉각시키는 습식 소화 방식과, 불활성 가스(질소)를 이용하여 냉각시키는 건식 소화(Coke Dry Quenching; 이하 CDQ라 함) 방식이 있다.
도 1은 일반적인 코크스 건식 소화설비를 보여주는 구성도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 코크스 건식 소화설비는 소화탑(10), 핫 가스 덕트(20), 보일러(30) 및 순환 배관(70)으로 이루어지는 폐순환 구조를 갖는다.
소화탑(10)은 적열 코크스가 갖는 현열을 불활성 가스를 매체로 하여 열교환하는 쿨링챔버(cooling chamber; 11)과, 상기 쿨링챔버(11)의 상부에 이어져서 적열 코크스 투입의 시간변동을 흡수하여 조업의 안정성을 얻을 목적으로 프리챔버(Pre-chamber; 12)가 마련되며, 상기 쿨링챔버(11)와 연통되면서 상기 프리챔버(12)를 둘러싸는 링 덕트(ring duct; 13)가 마련된다. 그래서, 적열 코크스가 프리챔버(12)의 상방으로부터 프리챔버(12) 내로 장입되어 순차적으로 쿨링챔버(11)로 이동하면서 불활성 가스와 열교환하여 200℃ 수준까지 냉각된 후, 일정량씩 쿨링챔버(11)의 하부를 통하여 외부로 배출된다.
한편, 열교환 후 1000℃ 수준으로 가열된 불활성 가스는 쿨링챔버(11)의 상부로부터 링 덕트(13)를 통과한 후 핫 가스 덕트(hot gas duct; 20)로 배출되고, 불활성 가스는 핫 가스 덕트(20) 중에 설치된 더스트 캐쳐(dust catcher; 21)를 경유하면서 불활성 가스에 포함된 분 코크스 및 더스트가 제거된 후 보일러(30)를 통과하게 된다.
보일러(30)에서는 불활성 가스의 현열을 회수하여 스팀(steam)을 발생시켜 전력을 생산한다. 이렇게 보일러(30)를 통과한 불활성 가스를 현열이 회수되면서 대략 160℃ 수준으로 냉각된다.
보일러(30)를 통과한 불활성 가스는 상기 순환 배관(70)을 통하여 상기 소화탑(10)의 쿨링챔버(11)로 재공급된다. 이때 상기 순환 배관(70) 상에는 불활성 가스에 포함된 더스트를 분리하기 위한 설비인 싸이클론(cyclone; 40)이 배치되고, 불활성 가스를 압송시켜 순환시키기 위한 순환 팬(50)이 구비된다.
또한, 상기 순환 배관(70) 상에는 불활성 가스를 더욱 낮은 온도로 냉각시키기 위한 보조 열교환기(60)가 배치되어, 불활성 가스가 상기 보조 열교환기(60)를 통과하면서 재냉각되어 대략 120℃ 수준까지 냉각되어 소화탑(10)의 쿨링챔버(11)로 압송된다.
한편, 소화탑(10)의 프리챔버(12)로 장입되는 코크스는 휘발분이나 미분 코크스를 포함하고 있는데, 이러한 휘발분은 연소성이 높아 순환 가스 중에 높은 비율로 포함되어 있으면 이상 연소의 가능성이 있다.
또한, 적열 코크스에서 발생하는 H2와 CO, 그리고 코크스의 불완전 연소에 의해 CO2로부터 변환된 CO가 불활성 가스와 혼합되어 CDQ설비의 폐순환 구조에서 순환되는 순환가스를 구성하게 되는데, 이러한 순환가스는 CDQ설비 내의 보일러(30)와 적열 코크스가 저장된 소화탑(10)을 순환하는 과정에서 농도가 증가하게 된다. 특히, H2와 CO가스는 폭발성이 강하기 때문에 적정 농도로 엄격하게 제어해야 할 필요가 있다.
그래서, 소화탑(10)의 링 덕트(13)에는 외부 공기가 자연적으로 유입되도록 하는 외기 유입 배관(14)이 연결된다. 이렇게 링 덕트(13)를 통하여 프리챔버(12) 내로 외부 공기를 유입시켜 코크스 중에 잔존하는 휘발분, 미분 코크스 및 폭발성이 있는 가스를 연소시킨다. 이렇게 소화탑(10) 내부로 유입된 공기에 의해 적열 코크스의 표층의 일부 및 폭발성 가스가 연소하게 되면, 폭발성 가스를 제거하는 효과와 함께 고온이 된 공기 및 연소 배기 가스가 순환 가스에 혼합됨으로써, 소화탑(10)으로부터 배출되는 가스의 열량이 증대되고, 그 결과 보일러(30)에서의 현열 회수량을 증대시킬 수 있다.
한편, CDQ 설비의 운전중 핫 가스 덕트(20)에서 과잉 부압이 생성되면 순환 가스의 유속이 증대되며 이는 소화탑(10)의 프리챔버(12)에 장입된 코크스에 포함된 코크스 미분이 핫 가스 덕트(20) 측으로 유입되는 플로팅(floating) 현상이 발생하고, 이에 따라 핫 가스 덕트(20) 내부를 폐쇄시키는 문제를 발생시켰다.
또한, 이러한 과잉 부압은 소화탑(10)의 링 덕트(13)의 변형을 초래하거나 소화탑(10)을 붕괴시키는 사고의 원인이 된다.
상기와 같은 문제 및 사고를 유발하는 과잉 부압의 원인은 첫째로 전체 순환계 흐름 중 소화탑(10)의 통기성 저하 즉, 유체흐름을 방해하는 관로 저항의 증가 때문이고, 둘째로는 순환 가스 통로인 핫 가스 덕트(20) 및 순환 배관(70)이 코크스 처리량 대비 상대적으로 협소하다는 것이다.
현재까지는 이러한 과잉 부압을 해소하는 방법으로 CDQ 설비의 가동율을 하향시켜 순환 풍량을 감소시키는 것이 유일한 대안이었다. 하지만 CDQ 설비의 가동율을 하향시키는 것은 전체 코크스 오븐 가동율에 영향을 주었고, 이는 생산성을 저하시키는 단점이 있었다. 결국 과잉 부압 문제를 해소할 수 있는 방법이 현재로서는 없는 실정이었다.
다만, 종래에는 순환 가스에 포함된 폭발성 가스의 농도를 목표로 하는 농도로 조정하기 위하여 링 덕트로 유입되는 공기의 유입량을 조업 여건에 맞도록 자동적으로 제어하는 기술이 제안되었는데, 종래 이러한 기술에 대해서는 "코크스 건식소화설비 및 그 방법(등록특허 10-0593754)"에서 구체적으로 공지되어 있다.
하지만, 공지된 기술로는 순환 가스의 농도를 목표로 하는 수준으로 조정할 수 있는 효과는 있지만, 여전히 CDQ 설비에 발생되는 과잉 부압을 해소하지는 못하는 한계가 있었다.
등록특허 10-0593754 (2006. 06. 20)
본 발명은 CDQ설비의 운전 중 소화탑과 보일러 설비 사이의 핫 가스 덕트에서 발생되는 과잉 부압을 해소하여 안정적이면서 코크스의 냉각 생산성을 향상시킬 수 있는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치는 코크스 건식 소화설비에 발생되는 과잉 부압을 제어하는 장치로서, 하부에 쿨링챔버가 마련되고, 상기 쿨링챔버의 상부에 이어지는 프리챔버가 마련되며, 상기 쿨링챔버와 연통되면서 상기 프리챔버를 둘러싸는 링 덕트가 마련되고, 상기 프리챔버로 장입되어 상기 쿨링챔버로 이동되는 코크스를 순환 가스를 이용하여 냉각시키는 소화탑과; 상기 링 덕트에 연결되어 상기 소화탑에서 상기 코크스와 열교환 되면서 현열에 의해 승온된 순환 가스가 유동되는 핫 가스 덕트와; 상기 핫 가스 덕트에 연결되어 상기 순환 가스의 현열을 회수하는 보일러와; 상기 보일러와 상기 소화탑의 쿨링챔버를 연결시켜 폐순환 구조를 조성하고, 순환팬이 설치되어 상기 순환 가스를 강제로 순환시키는 순환 배관과; 상기 순환 배관을 통하여 강제로 순환되는 상기 순환 가스와는 별개로 상기 소화탑의 쿨링챔버로 불활성 가스를 공급하는 가스 공급유닛을 포함한다.
상기 가스 공급유닛은 상기 쿨링챔버의 내부를 향하도록 상기 쿨링챔버의 벽체에 구비되어 불활성 가스를 분사하는 가스 분사노즐과; 상기 가스 분사노즐에 연결되어 상기 가스 분사노즐로 분사되는 불활성 가스가 이동되는 이동 배관과; 상기 이동 배관에 연결되어 상기 가스 분사노즐로 분사되는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급원과; 상기 이동 배관에 구비되어 상기 불활성 가스의 유량을 조정하는 밸브를 포함한다.
상기 순환 배관에는 상기 순환팬과 쿨링챔버 사이에 보조 열교환기가 더 구비되고, 상기 순환 배관에는 상기 보조 열교환기를 우회하는 적어도 하나 이상의 우회배관이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 순환 배관에는 상기 보조 열교환기를 통과하여 순환되는 순환 가스의 유동을 제어하는 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 소화탑의 링 덕트로 외부 공기를 강제로 주입시키는 외기 주입유닛을 더 포함한다.
상기 외기 주입유닛은 상기 링 덕트에 연결되는 주입 배관과; 상기 주입 배관에 설치되어 강제로 외부 공기를 상기 주입 배관으로 주입시키는 블로워와; 상기 주입 배관에 구비되어 상기 외부 공기의 유량을 조정하는 밸브를 포함한다.
상기 소화탑, 핫 가스 덕트, 보일러 및 순환 배관 내부 중 선택되는 두 곳에 대한 차압을 검출하는 차압검출센서를 더 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 방법은 소화탑, 핫 가스 덕트, 보일러 및 순환 배관이 폐순환 구조를 이루도록 구비되어 소화탑으로 장입된 코크스를 냉각시키는 순환 가스가 순환되는 코크스 건식 소화설비에서 발생되는 과잉 부압을 제어하는 방법으로서, 상기 소화탑과 핫 가스 덕트 내부의 압력에 대한 차압을 검출하여 이상 발생시, 상기 소화탑의 하부에 상기 순환 배관을 통하여 강제로 순환되는 상기 순환 가스와는 별개로 상기 소화탑의 내부로 불활성 가스를 직접 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 순환 배관에는 보조 열교환기가 구비되어 순환되는 순환 가스가 상기 보조 열교환기를 통과하면서 열교환되는 작용이 이루어지되, 상기 보조 열교환기의 전방 영역과 후방 영역의 압력에 대한 차압을 검출하여 이상 발생시, 상기 보조 열교환기를 우회시켜 상기 순환 가스를 순환시키는 것을 특징으로 한다.
상기 소화탑과 핫 가스 덕트 내부의 압력에 대한 차압을 검출하여 이상 발생시, 상기 소화탑의 상부로 외부 공기를 강제로 주입시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, CDQ 설비의 운전 중 발생되는 순환 가스의 부압을 해소하기 위하여 순환 가스와는 별개로 소화탑에 직접 불활성 가스를 분사시킴으로서, 코크스의 처리량을 줄이지 않고도 CDQ 설비에서 과잉 부압이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 소화탑에 직접 불활성 가스를 분사시키는 방법과 더불어 링 덕트로 외부 공기를 강제로 주입시키거나, 순환 배관 중에 설치되는 보조 열교환기를 우회하는 우회배관을 설치하여 CDQ 설비의 운전 중 발생되는 순환 가스의 부압을 해소할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 소화탑과 핫 가스 덕트 사이의 차압을 실시간으로 계측하여 그 계측값에 따라 CDQ 설비 내의 부압을 조정하여 CDQ 설비의 안정적인 운전을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 코크스 건식 소화설비를 보여주는 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코크스 건식 소화설비를 보여주는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코크스 건식 소화설비를 보여주는 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치는 소화탑(10), 핫 가스 덕트(20), 보일러(30) 및 순환 배관(70)으로 이루어지는 폐순환 구조를 갖는 종래의 일반적인 코크스 건식 소화설비에 부압을 제어할 수 있는 유닛인 가스 공급유닛(100), 우회배관(220a,220b,220c) 및 외기 주입유닛(300)이 설치되고, CDQ 설비 내에서 발생되는 차압을 검출하는 차압검출센서(400)가 설치된다.
상기 소화탑(10)은 강제로 순환되는 순환 가스(불활성 가스)를 이용하여 적열 코크스를 냉각시키는 수단으로서 적열 코크스가 장입되어 냉각되도록 대략 원통형 구조를 갖는다. 바람직하게 상기 소화탑(10)은 코크스가 냉각되는 공간을 제공하는 쿨링챔버(cooling chamber; 11)와, 상기 쿨링챔버(11)와 연통되면서 상기 쿨링챔버(11)의 상부에 이어지는 프리챔버(pre-chamber; 12)와, 상기 쿨링챔버(11)와 연통되면서 상기 프리챔버(12)를 둘러싸는 링 덕트(ring duct; 13)로 이루어진다.
그래서, 상기 프리챔버(12)의 상부로 적열 코크스가 장입되어 순차적으로 쿨링챔버(11)로 이동되고, 쿨링챔버(11)에서는 적열 코크스가 순환 가스와 열교환하여 대략 200℃ 수준까지 냉각된 후, 일정량씩 쿨링챔버(11)의 하부를 통하여 외부로 배출된다. 이때 링 덕트(13)를 통하여 외부 공기가 공급되는데, 이렇게 공급된 외부 공기에 의해서 상기 소화탑(10) 내에서는 코크스 중에 잔존하는 휘발분, 미분 코크스 및 폭발성이 있는 가스가 연소된다.
한편, 쿨링챔버(11)에는 상기 순환 배관(70)을 통하여 강제로 순환되는 순환 가스와는 별개로 코크스를 냉각시키는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급유닛(100)이 마련된다.
상기 가스 공급유닛(100)은 상기 쿨링챔버(11)의 내부를 향하도록 상기 쿨링챔버(11)의 벽체에 구비되는 가스 분사노즐(110)과, 상기 가스 분사노즐(110)에 연결되어 상기 가스 분사노즐(110)로 분사되는 불활성 가스가 이동되는 이동 배관(120)과, 상기 이동 배관(120)에 연결되어 상기 가스 분사노즐(110)로 분사되는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급원(130)과, 상기 이동 배관(120)에 구비되어 상기 불활성 가스의 유량을 조정하는 밸브(121)를 포함한다.
그래서, 상기 가스 공급유닛(100)을 통하여 상기 순환 배관(70)을 통하여 순환되는 순환 가스와는 별개로 쿨링챔버(11) 내부에 코크스 냉각용 불활성 가스를 직접 취입시킴에 따라 코크스의 처리량이 증가하더라도 상시 순환 가스의 순환 압력을 증가시키지 않고도 코크스의 적절한 냉각효율을 유지할 수 있고, 이에 따라 소화탑(10)과 핫 가스 덕트(20) 사이에 과잉 부압이 발생되는 것을 방지할 수 있는 것이다. 쿨링챔버(11)로 직접 취입된 불활성 가스는 순환 가스에 혼합되어 순환 가스와 함께 순환된다.
또한, 본 발명은 상기 가스 공급유닛(100)과 더불어 소화탑(10) 내, 예를 들어 링 덕트(13)와 핫 가스 덕트(20) 사이의 부압 발생을 방지하기 위하여 종래에 링 덕트(13)를 통하여 외부 공기가 자연스럽게 유입되도록 한 구조를 개선하여 외부 공기가 소화탑(10) 내부로 강제 유입시킬 수 있는 외기 주입유닛(300)을 마련하였다.
상기 외기 주입유닛(300)은 상기 소화탑(10)의 링 덕트(13)로 외부 공기를 강제로 주입시키는 유닛으로서, 상기 링 덕트(13)에 연결되는 주입 배관(310)과, 상기 주입 배관(310)에 설치되어 강제로 외부 공기를 상기 주입 배관(310)으로 주입시키는 블로워(320)와, 상기 주입 배관(310)에 구비되어 상기 외부 공기의 유량을 조정하는 밸브(311, 331)를 포함한다.
그래서 CDQ 설비의 운전 중 필요시 상기 블로워(320)를 작동시켜 외부 공기가 링 덕트(13)로 강제 주입되도록 함으로써 링 덕트(13)와 핫 가스 덕트(20) 사이의 차압이 해소되도록 한다.
한편, 상기 주입 배관(310)에는 상기 블로워(320)가 작동되지 않더라도 종래와 같이 외부 공기가 자연스럽게 유입될 수 있도록 외기 유입 배관(330)이 연결되고, 상기 외기 유입 배관(330)에는 외부 공기의 유입을 차단시킬 수 있는 밸브(331)가 구비된다.
상기 핫 가스 덕트(hot gas duct; 20)는 상기 소화탑(10)의 상부, 즉 링 덕트(13)에 연결되어 코크스와 열교환 되어 1000℃ 수준으로 가열된 순환 가스의 흐름을 안내한다. 상기 핫 가스 덕트(20) 상에는 더스트 캐쳐(dust catcher; 21)가 설치되어 순환 가스에 포함된 분 코크스 및 더스트를 1차적으로 포집한 후 보일러(30)로 제공한다.
상기 보일러(30)는 순환 가스의 현열을 회수하는 수단으로서, 이렇게 회수된 현열로 스팀(steam)을 발생시켜 전력을 생산한다. 상기 보일러(30)는 상기 핫 가스 덕트(20)와 순환 배관(70) 사이에 설치되어 소화탑(10)에서 승온된 순환 가스가 통과되는 동안 보일러(30)에 구비된 설비, 예를 들어 예열기, 과열기, 절탄기 등을 통하여 순환 가스의 현열을 회수하는 것이다. 보일러(30)에서 현열이 회수된 순환 가스는 대략 160℃ 수준으로 냉각된다.
상기 순환 배관(70)은 상기 보일러(30)와 소화탑(10)의 쿨링챔버(11)를 이어주는 배관으로서, 상기 순환 배관(70)이 구성됨에 따라 소화탑(10), 핫 가스 덕트(20), 보일러(30) 및 순환 배관(70)이 폐순환 구조로 조성된다.
상기 순환 배관(70) 상에는 순환 가스에 포함된 더스트를 분리하기 위한 설비인 싸이클론(cyclone; 40)이 배치되고, 순환 가스를 압송시켜 순환시키기 위한 순환 팬(50)이 구비된다.
그리고, 순환 배관(70) 중 상기 순환 팬(50)과 소화탑(10) 사이에는 순환 가스 중에 남아있는 현열을 회수하여 순환 가스의 온도를 더 낮추는 보조 열교환기(60)가 더 구비된다. 이때 보조 열교환기(60)를 통과한 순환 가스를 보조 열교환기(60)에서 재냉각되어 대략 120℃ 수준까지 냉각된다.
그리고, 상기 순환 배관(70)에는 상기 보조 열교환기(60)를 우회하여 순환 가스가 유동될 수 있도록 적어도 하나 이상의 우회배관(220a,220b,220c)이 구비된다. 예를 들어 순환 배관(70) 중 상기 순환 팬(50)과 상기 보조 열교환기(60) 사이의 배관을 다수개로 분기하여 상기 순환 팬(50)을 통과한 순환 공기 상기 보조 열교환기(60)로 유동되도록 다수의 메인배관(210a,210b,210c)을 구비하고, 각각의 메인배관(210a,210b,210c)에는 상기 보조 열교환기(60)를 우회하여 바로 소화탑(10)의 쿨링챔버(11)로 유동되도록 하는 다수의 우회배관(220a,220b,220c)을 분기하여 형성한다. 이때 상기 메인배관(210a,210b,210c) 및 우회배관(220a,220b,220c)에는 각각 메인배관(210a,210b,210c) 및 우회배관(220a,220b,220c)으로 유동되는 순환가스의 유동을 제어하는 밸브(211a, 211b, 211c, 221a, 221b, 221c)가 설치된다.
그리고, 상기 순환 배관(70) 중 상기 보조 열교환기(60)의 소화탑(10) 사이 영역에는 순환 가스를 상기 우회배관(220a,220b,220c)으로 우회시킬 때 상기 보조 열교환기(60)를 통하여 유동되는 순환가스의 양을 제어하기 위한 댐퍼(damper)가 구비될 수 있다. 그래서 상기 댐퍼(230)의 개폐량을 조절하여 상기 보조 열교환기(60)를 통과하여 유동되는 순환 가스의 양을 제어하게 된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 소화탑(10) 내부의 압력과 핫 가스 덕트(20) 내부의 압력에 대한 차압을 검출하기 위한 차압검출센서(400)가 구비된다.
상기 차압검출센서(400)는 상기 소화탑(10)의 쿨링챔버(11) 내부의 압력과 핫 가스 덕트(20) 내부의 압력에 대한 차압을 검출하는 수단으로서, 그 측정 방식 및 측정 기기는 어떠한 것을 사용하여도 무방할 것이다. 물론 상기 차압검출센서(400)는 제시된 실시예와 같이 쿨링챔버(11)와 핫 가스 덕트(20) 사이의 차압을 검출하는 것에 한정되지 않고, CDQ 설비 중 선택되는 두 영역의 차압을 검출할 수 있도록 다양하게 위치를 변경하여 설치할 수 있을 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 코크스 건식 소화설비의 작동과 이를 이용하여 코크스 건식 소화설비의 부압을 제어하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 코크스 건식 소화설비의 작동관계에 대하여 설명하자면, 코크스 오븐에서 생산된 적열 코크스를 프리챔버(12)에 장입시킨다. 그래서 쿨링챔버(11) 및 프리챔버(12)를 채운다. 이렇게 쿨링챔버(11) 및 프리챔버(12)에 코크스가 적치되었다면, 링 덕트(13)를 통하여 외부 공기를 자연 압력(소화탑 외부에서 별도의 인위적인 승압이 없는 자연 상태의 압력을 의미함)으로 주입시킨다. 이때는 블로워(320)의 작동을 멈춘 상태로 주입 배관(310)에 구비된 밸브(311)를 닫고, 외기 유입 배관(330)에 구비된 밸브(331)를 열어 외부 공기가 자연 압력에 의해 링 덕트(13)로 유입되어 코크스 중에 잔존하는 휘발분, 미분 코크스 및 폭발성이 있는 가스를 연소시켜 제거한다.
한편, 순환 팬(50)을 작동시켜 쿨링챔버(11)의 하부에 순환 가스를 강제로 취입시킨다. 그러면 쿨링챔버(11) 내에서는 순환 가스와 코크스가 열교환되는데, 이러한 열교환에 의해 코크스는 냉각되어 쿨링챔버(11)의 하부를 통하여 소화탑(10)의 외부로 배출되고, 순환 가스는 승온되어 핫 가스 덕트(20)로 유동된다.
핫 가스 덕트(20)로 유동된 순환 가스는 순환 팬(50)의 작동에 의해 보일러(30) 방향으로 유동되고, 이때 핫 가스 덕트(20)에 마련된 더스트 캐쳐(21)를 경유하면서 순환 가스에 포함된 분 코크스 및 더스트가 제거된 후 보일러(30)로 유입된다.
보일러(30)에 유입된 순환 가스는 보일러(30)에 마련된 열회수 설비에 의해 현열이 회수되면서 냉각된다. 이렇게 회수된 현열은 스팀을 발생시켜 전력을 생산한다.
보일러(30)에서 1차적으로 냉각된 순환 가스는 싸이클론(40)을 통과하면서 순환 가스 중에 포함된 더스트가 포집된 다음, 순환 팬(50)을 경유하여 보조 열교환기(60)를 통과하면서 2차적으로 냉각된 다음 소화탑(10)의 쿨링챔버(11)로 다시 압송된다.
상기와 같은 일련의 작용이 연속적으로 진행되는 도중 코크스 처리량의 증대 또는 순환 구조상의 여러 요인에 의해 상기 소화탑(10)의 쿨링챔버(11)와 핫 가스 덕트(20) 내부의 압력에 대한 차압을 검출하는 차압검출센서(400)에서 이상 발생이 검출되면, CDQ 설비 내부, 예를 들어 소화탑(10)과 핫 가스 덕트(20)의 차압을 인위적으로 제거하는 조치를 취한다.
CDQ 설비 내에 발생된 과잉 차압을 제거하기 위한 조치로는 먼저, CDQ 설비 내에서 과잉 차압이 발생되면 순환 가스의 유동이 원활하지 않기 때문에 코크스의 냉각효율이 저하된다. 이에 따라 코크스의 냉각효율을 향상시키기 위하여 상기 소화탑(10)의 쿨링챔버(11)에 상기 순환 가스와는 별개로 불활성 가스를 직접 취입시킨다. 부연하자면 가스 공급원(130)에서 불활성 가스를 공급하여 쿨링챔버(11)의 내벽에 마련된 가스 분사노즐(110)로 취입시킨다. 그래서 순환 가스와 더불어 불활성 가스에 의해 코크스의 냉각이 원활하게 진행되면서 쿨링챔버(11)에 취입된 불활성 가스에 의해 쿨링챔버(11)와 핫 가스 덕트(20) 사이에 발생된 차압이 해소된다.
또한, 보조 열교환기(60)의 전방 영역과 후방 영역의 압력에 대한 차압이 발생되는 경우에는, 순환 배관(70) 상에 마련된 댐퍼(230)를 막는 동시에 보조 열교환기(60)로 직접 연결되는 메인배관(210a,210b,210c)에 구비된 밸브(211a, 211b, 211c)를 막고, 우회배관(220a,220b,220c)에 구비된 밸브(221a, 221b, 221c)를 열어 보조 열교환기(60)를 경유하는 순환 가스를 우회시킨다. 이에 따라 보조 열교환기(60)를 경유하던 순환 가스가 보조 열교환기(60)를 우회하여 직접 쿨링챔버(11)로 취입되기 때문에 순환 가스의 순환을 원활하게 하여 보조 열교환기(60)의 전후에 발생된 차압이 해소된다.
한편, 링 덕트(13)와 핫 가스 덕트(20) 사이에 차압이 발생되는 경우에는, 외기 유입 배관(330)의 밸브(331)를 닫고, 외기 주입유닛(300)의 주입 배관(310)에 구비된 밸브(311)를 연 다음 블로워(320)를 작동시켜 링 덕트(13)로 외부 공기를 강제 주입시킨다. 그러면 링 덕트(13)를 통하여 주입된 외부 공기가 연소되면서 링 덕트(13)와 핫 가스 덕트(20) 사이에 발생된 차압이 해소된다.
상기와 같이 여러 수단 및 방법에 의해 CDQ 설비 내에 발생되는 과잉 부압을 해소함에 따라 코크스의 처리량을 줄이지 않고도 CDQ 설비의 여러 곳에서 과잉 부압이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10: 소화탑 11: 쿨링챔버(cooling chamber)
12: 프리챔버(pre-chamber) 13: 링 덕트(ring duct)
20: 핫 가스 덕트(hot gas duct) 30: 보일러
40: 싸이클론(cyclone) 50: 순환 팬
60: 보조 열교환기 70: 순환 배관
100: 가스 공급유닛 110: 가스 분사노즐
120: 이동 배관 121: 밸브
130: 가스 공급원 210a,210b,210c: 메인배관
220a,220b,220c: 우회배관 230: 댐퍼
300: 외기 주입유닛 310: 주입 배관
320: 블로워 311: 밸브
330: 외기 유입배관 331: 밸브
400: 차압검출센서

Claims (10)

  1. 코크스 건식 소화설비에 발생되는 과잉 부압을 제어하는 장치로서,
    하부에 쿨링챔버가 마련되고, 상기 쿨링챔버의 상부에 이어지는 프리챔버가 마련되며, 상기 쿨링챔버와 연통되면서 상기 프리챔버를 둘러싸는 링 덕트가 마련되고, 상기 프리챔버로 장입되어 상기 쿨링챔버로 이동되는 코크스를 순환 가스를 이용하여 냉각시키는 소화탑과;
    상기 링 덕트에 연결되어 상기 소화탑에서 상기 코크스와 열교환 되면서 현열에 의해 승온된 순환 가스가 유동되는 핫 가스 덕트와;
    상기 핫 가스 덕트에 연결되어 상기 순환 가스의 현열을 회수하는 보일러와;
    상기 보일러와 상기 소화탑의 쿨링챔버를 연결시켜 폐순환 구조를 조성하고, 순환팬이 설치되어 상기 순환 가스를 강제로 순환시키는 순환 배관과;
    상기 순환 배관을 통하여 강제로 순환되는 상기 순환 가스와는 별개로 상기 소화탑의 쿨링챔버로 불활성 가스를 공급하는 가스 공급유닛과;
    상기 소화탑, 핫 가스 덕트, 보일러 및 순환 배관 내부 중 선택되는 두 곳에 대한 차압을 검출하는 차압검출센서를 포함하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가스 공급유닛은
    상기 쿨링챔버의 내부를 향하도록 상기 쿨링챔버의 벽체에 구비되어 불활성 가스를 분사하는 가스 분사노즐과;
    상기 가스 분사노즐에 연결되어 상기 가스 분사노즐로 분사되는 불활성 가스가 이동되는 이동 배관과;
    상기 이동 배관에 연결되어 상기 가스 분사노즐로 분사되는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급원과;
    상기 이동 배관에 구비되어 상기 불활성 가스의 유량을 조정하는 밸브를 포함하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 순환 배관에는 상기 순환팬과 쿨링챔버 사이에 보조 열교환기가 더 구비되고,
    상기 순환 배관에는 상기 보조 열교환기를 우회하는 적어도 하나 이상의 우회배관이 구비되는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 순환 배관에는 상기 보조 열교환기를 통과하여 순환되는 순환 가스의 유동을 제어하는 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화탑의 링 덕트로 외부 공기를 강제로 주입시키는 외기 주입유닛을 더 포함하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 외기 주입유닛은
    상기 링 덕트에 연결되는 주입 배관과;
    상기 주입 배관에 설치되어 강제로 외부 공기를 상기 주입 배관으로 주입시키는 블로워와;
    상기 주입 배관에 구비되어 상기 외부 공기의 유량을 조정하는 밸브를 포함하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 장치.
  7. 삭제
  8. 소화탑, 핫 가스 덕트, 보일러 및 순환 배관이 폐순환 구조를 이루도록 구비되어 소화탑으로 장입된 코크스를 냉각시키는 순환 가스가 순환되는 코크스 건식 소화설비에서 발생되는 과잉 부압을 제어하는 방법으로서,
    상기 소화탑과 핫 가스 덕트 내부의 압력에 대한 차압을 검출하여 이상 발생시, 상기 소화탑의 하부에 상기 순환 배관을 통하여 강제로 순환되는 상기 순환 가스와는 별개로 상기 소화탑의 내부로 불활성 가스를 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 순환 배관에는 보조 열교환기가 구비되어 순환되는 순환 가스가 상기 보조 열교환기를 통과하면서 열교환되는 작용이 이루어지되, 상기 보조 열교환기의 전방 영역과 후방 영역의 압력에 대한 차압을 검출하여 이상 발생시, 상기 보조 열교환기를 우회시켜 상기 순환 가스를 순환시키는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 소화탑과 핫 가스 덕트 내부의 압력에 대한 차압을 검출하여 이상 발생시, 상기 소화탑의 상부로 외부 공기를 강제로 주입시키는 것을 특징으로 하는 코크스 건식 소화설비의 부압 제어 방법.
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