KR101406674B1 - 비상용 ｃｏｇ버너를 이용한 질소산화물 저감방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법은, 비상용 COG버너를 통한 2차 연소용 공기를 주입하여 1차 연소용 공기의 유입량이 감소함으로써 연소실 내에서 시간차를 두고 2단에 걸쳐 연소하도록 구성됨에 따라 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감시킬 수 있다.
즉, 본 발명은, 한 번의 완전연소에 의해서는 그 연소과정에서 발생하는 질소산화물의 배출량이 많아지며 이와 같이 배출된 질소산화물은 산성비와 미세먼지의 주범이 되기 때문에, 질소산화물의 배출량 저감을 위해 연소실 내에서 두 번에 걸쳐서 완전연소를 이루게 한다.
이에 따라, 1차 연소용 공기가 공급되어 이루어지는 1차 연소 시에는 불완전 연소가 일어나게 됨으로써, 화염온도가 낮아서 질소산화물의 발생 농도가 낮아지게 되며, 나아가 2차 연소용 공기에 의해서 나머지의 가스연료를 완전연소하면서도 그 화염온도가 낮음으로써 질소산화물의 발생농도를 저감시킬 수 있다.

Description

비상용 ＣＯＧ버너를 이용한 질소산화물 저감방법{Method for reducing NOx using emergency COG burner}

본 발명은 질소산화물 저감방법으로서, 질소산화물의 발생을 저감시키는 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법에 관한 것이다.

일반적으로 코크스 공정은 코크스 오븐의 탄화실에 코크스를 장입하고 연소실에 열원인 가스연료를 연소시켜 발생되는 열을 이용하여 건류하는 제철 공정 중의 하나이다.

탄화실과 연소실은 내화벽돌로 분리되어 있는데, 연소실의 온도를 어떻게 관리하느냐에 따라 코크스 품질과 가동율이 결정되게 된다. 이에 따라, 노온관리를 위한 연소관리는 코크스로 운전에 매우 중요하다.

구체적으로, 코크스로의 가동률에 따라 필요한 전체 가스연료 유량이 산출되면 각 배터리에 필요한 가스연료가 공급된다.

이때, 가스연료를 연소시키는 외부공기는 에어인렛박스를 통하여 유입이 되고 유입량은 에어인렛박스의 에어플랩의 단면적을 조절하여 제어를 한다.

그러나, 이와 같은 과정을 통해 완전연소를 이루게 되더라도, 그에 따른 질소산화물의 배출량이 문제가 된다.

여기에서, 완전연소에 있어서 그 과정 중에 발생하는 질소산화물(NOx)은 산성비와 미세먼지의 주범이 된다.

대한민국 특허공개번호 제10-2009-0035773호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 비상용 COG버너를 통한 2차 연소용 공기를 주입하여 1차 연소용 공기의 유입량이 감소함으로써 연소실 내에서 시간차를 두고 2단에 걸쳐 연소하도록 구성됨으로써, 질소산화물의 발생을 저감시키는 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법은, 연소실 내에 가스연료와 1차 연소용 공기를 주입하고, 비상용 COG버너를 통해 2차 연소용 공기를 주입하는 주입단계; 및 상기 2차 연소용 공기의 유입에 의해 상기 1차 연소용 공기의 유입량이 감소하여 2단에 걸쳐 연소하는 연소단계;를 포함하여 질소산화물의 배출을 저감시킨다.

이때, 상기 주입단계에서, 상기 가스연료와 1차 연소용 공기는 상기 연소실의 하단으로부터 유입되고, 상기 2차 연소용 공기는 상기 연소실 내의 중단부에 설치된 상기 비상용 COG버너를 통해 유입되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주입단계에서, 상기 1차 연소용 공기는 외부와 연통된 에어유입박스를 통해 자연통풍방식으로 상기 연소실 내에 주입되며, 상기 2차 연소용 공기는 송풍팬에 의해 강제송풍방식으로 상기 연소실 내에 주입되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 주입단계에서, 상기 1차 연소용 공기는 연돌의 상단 높이에 위치한 외부 공기의 온도와 배가스의 온도 차이에 의해 자연통풍방식으로 상기 에어유입박스를 통해 상기 연소실 내로 주입되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 주입단계에서, 상기 에어유입박스 내에 구비된 에어플랩에 의해 상기 1차 연소용 공기의 유입량이 보조제어되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 1차 연소용 공기와 2차 연소용 공기의 합은, 상기 연소실에 공급되는 가스연료를 완전연소시키는 공기유량인 것이 바람직하다.

나아가, 상기 2차 연소용 공기는 완전연소 공기유량의 최대 60% 인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법은, 비상용 COG버너를 통한 2차 연소용 공기를 주입하여 1차 연소용 공기의 유입량이 감소함으로써 연소실 내에서 시간차를 두고 2단에 걸쳐 연소하도록 구성됨에 따라 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감시킬 수 있는 효과를 가진다.

즉, 본 발명은, 한 번의 완전연소에 의해서는 그 연소과정에서 발생하는 질소산화물의 배출량이 많아지며 이와 같이 배출된 질소산화물은 산성비와 미세먼지의 주범이 되기 때문에, 질소산화물의 배출량 저감을 위해 연소실 내에서 두 번에 걸쳐서 완전연소를 이루게 한다.

이에 따라, 1차 연소용 공기가 공급되어 이루어지는 1차 연소 시에는 불완전 연소가 일어나게 됨으로써, 화염온도가 낮아서 질소산화물의 발생 농도가 낮아지게 되며, 나아가 2차 연소용 공기에 의해서 나머지의 가스연료를 완전연소하면서도 그 화염온도가 낮음으로써 질소산화물의 발생농도를 저감시킬 수 있는 장점을 지닌다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법을 위한 코크스 오븐을 나타낸 도이다.
도 2는 도 1의 코크스 오븐에서 연소실을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 질소산화물 저감방법에 따른 2단 연소에 의해 발생되는 질소산화물(NOx)의 농도가 낮은 것을 나타낸 그래프이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법을 위한 코크스 오븐을 나타낸 도이고, 도 2는 도 1의 코크스 오븐에서 연소실을 나타낸 도이다.

또한, 도 3은 본 발명의 질소산화물 저감방법에 따른 2단 연소에 의해 발생되는 질소산화물(NOx)의 농도가 낮아지는 것을 나타낸 그래프이다.

도면을 참조하면, 연소실(1) 내에 가스연료(10), 1차 연소용 공기(11)를 주입하고 비상용 COG버너를 통해 2차 연소용 공기(12)를 주입하는 주입단계와, 주입된 1차 연소용 공기(11), 2차 연소용 공기(12)가 각각 가스연료(10)와 반응하여 2단에 걸쳐 연소하는 2단 연소단계를 포함한다.

이에 따라, 비상용 COG버너(Emergency cokes oven gas burner)(20)를 이용한 2단 연소를 통해 질소산화물의 배출을 저감시킬 수 있다.

여기에서, 상기 연소실(1) 내의 구조를 살펴보기로 한다.

상기 연소실(1)은 축열실(9) 상부에 상하방향으로 길게 형성된 구조를 취하며, 내부의 하면으로부터 상측을 길게 형성된 격벽(4)에 의해 두 개의 챔버로 나뉜다.

이때, 상기 격벽(4)은 그 높이가 연소실(1) 내의 상면에 이르지 않아서, 두 개의 챔버가 상측 공간에서 서로 연결되어 통하는 구조를 이룬다.

또한, 상기 연소실(1)의 하부에 연료공급구(2)와 공기공급구(3)가 형성되는데, 상기 연료공급구(2)는 연료공급라인(10a)과 연결되고 공기공급구(3)는 1차공기 공급라인(11a)과 연결된다.

이때, 연소실(1) 내의 두 개의 챔버에 연료공급구(2)와 공기공급구(3)가 각각 형성된다.

이러한 연료공급구(2)를 통해 가스연료(10)가 주입되고, 공기공급구(3)를 통해 1차 연소용 공기(11)가 주입됨으로써, 연소실(1)의 하단부로부터 가스연료(10)와 1차 연소용 공기(11)가 주입될 수 있다.

여기에서, 두 개의 챔버 중 하나의 챔버 하부에 형성된 연료공급구(2)와 공기공급구(3)를 통해서 가스연료(10)과 1차 연소용 공기(11)가 주입되면, 나머지 하나의 챔버 하부를 통해서는 배가스(13)가 배출될 수 있다.

즉, 하나의 챔버 내에서 연소가 일어나고 이에 따라 발생한 배가스(13)는 상측으로 유동한 후 격벽(4) 상측을 통해 나머지 하나의 챔버로 건너가서 하측으로 유동하여 하부에 형성된 연료공급구(2)와 공기공급부를 통해 외부로 배출되게 되며, 이러한 연소와 배출은 챔버가 서로 번갈아가며 행해지게 된다.

물론, 가스연료(10)와 1차 연소용 공기(11)의 공급 및 배가스(13)의 배출에 있어서의 제어는 폐기변(7)에서 이루어지며, 이때 폐기변(7)은 코크스 오븐에 있어서의 일반적인 구성으로서 본 발명에 의해 한정되지 않고 종래의 어떠한 폐기변도 활용될 수 있다.

그리고, 상기 연소실(1) 내의 중단부에는 비상용 COG버너(20)가 장착된다. 물론, 상기 비상용 COG버너(20)에는 2차 연소용 공기(12)가 공급되는 2차공기 공급라인(12a)이 내장됨으로써 비상용 COG버너(20)를 통해 연소실(1) 내의 중단부에 2차 연소용 공기(12)가 공급될 수 있다.

그러면, 비상용 COG를 이용한 질소산화물 저감방법에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 연소실(1) 내에 가스연료(10)와 1차 연소용 공기(11)를 주입한다. 이때, 비상용 COG버너(20)를 통해 2차 연소용 공기(12)를 주입한다.

여기에서, 상기 1차 연소용 공기(11)와 2차 연소용 공기(12)의 합은, 연소실(1)에 공급되는 가스연료(10)를 완전연소시키는 공기유량이다. 즉, 1차 연소에 필요한 1차 연소용 공기(11)의 양은 완전연소에 필요한 공기의 양의 40% ~ 90%로서, 나아가, 2차 연소용 공기(12)는 완전연소 공기유량의 최대 60% 인 것이 바람직하다.

이어서, 연소실(1) 내에서 가스연료(10)와, 1차 연소용 공기(11), 2차 연소용 공기(12)에 의해 시간차를 두고 2단 2단 연소단계가 진행하게 된다.

이때, 1차 연소용 공기(11)는 완전연소를 위해 필요한 공기유량보다 적은 공기유량으로서 연소실(1) 내에 주입됨에 따라 1차 연소는 불완전연소가 일어나게 되고, 1차 연소 후에 남은 가스연료(10)는 2차 연소용 공기(12)와 2차 연소를 하게 된다.

여기에서, 1차 연소와 2차 연소의 전체적인 연소과정을 구체적으로 살펴보면, 연소실(1) 내의 하단부에 형성된 연료공급구(2)와 공기공급구(3)를 통해 각각 주입된 가스연료(10)와 1차 연소용 공기(11)는 연소실(1) 내의 하단부로부터 상측으로 유동하게 되는데, 먼저 연소실(1) 내의 하부에서 서로 반응하여 1차 연소를 하게 된다.

이때, 1차 연소용 공기(11)가 완전연소에 필요한 공기유량보다 적기 때문에, 1차 연소는 완전연소가 아닌 불완전연소를 하게 된다.

그런 다음, 남은 가스연료(10)는 상측으로 유동하게 되어, 연소실(1) 내의 중단부에 설치된 비상용 COG버너(20)를 통해 2차 연소용 공기(12)에 의해 2차 연소를 하게 된다.

이로 인하여, 연소실(1) 내에서 2단 연소에 의해 완전연소가 이루어짐에 따라, 탄화실(8)로 전달되는 열량은 연소과정에서 한번에 완전연소하는 것과 같은 동일한 열량이 발생하지만, 화염의 온도가 1단 연소에 의한 완전연소 때보다 낮음으로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 발생하는 질소산화물이 저감될 수 있다.

상기와 같은 연소과정에서, 본 발명은 2차 연소용 공기(12)의 유입에 의해 1차 연소용 공기(11)의 유입량을 감소시켜 2단 연소를 하게 한다.

먼저, 주입단계에서 1차 연소용 공기(11)는 외부와 연통된 에어인렛박스(6)를 통해 자연통풍방식으로 연소실(1) 내에 주입된다.

즉, 상기 1차 연소용 공기(11)는 연돌(5)의 상단 높이에 위치한 외부 공기의 온도와 배가스(13)의 온도 차이에 의해 자연통풍방식으로 에어인렛박스(6)를 통해 연소실(1) 내로 주입된다.

다시 말해, 연돌(5)의 상단 높이에 위치한 외부 공기의 온도가 고온의 배가스(13) 온도보다 낮음에 따라, 연소실(1) 내에서 발생하는 배가스(13)는 연돌(5)을 통해 외부로 배출하게 되며, 이에 의해 연소실(1) 내의 기압이 낮아짐으로써 외부의 공기가 에어인렛박스(6)를 통해 자연통풍방식으로 연소실(1) 내로 유입하게 된다.

이때, 2차 연소용 공기(12)는 송풍기(30)에 의해 강제송풍방식으로 연소실(1) 내에 주입되게 된다.

즉, 연소실(1) 내의 중단부에 설치된 비상용 COG버너(20)는 송풍기(30)가 장착된 2차공기 공급라인(12a)과 연결되어 송풍기(30)가 작동되면 2차 연소용 공기(12)가 비상용 COG버너(20)를 통해 연소실(1) 내의 중단부에 주입되게 된다.

이에 의해, 에어인렛박스(6)를 통해 자연적으로 주입되는 1차 연소용 공기(11)는 완전연소에 필요한 공기유량만큼 연소실(1) 내에 유입하지 못한다.

결과적으로, 본 발명은 2차 연소용 공기(12)의 유입에 의해 1차 연소용 공기(11)의 유입량을 감소시켜 2단에 걸친 연소과정을 이루게 한다.

나아가, 상기 주입단계에서 에어인렛박스(6) 내에 구비된 에어플랩(미도시)에 의해 1차 연소용 공기(11)의 유입량이 보조제어됨으로써, 1차 연소에서의 불완전연소를 안전하면서도 정확하게 구현할 수 있다. 이때, 상기 에어플랩은 일반적인 에어인렛박스(6) 내의 구성으로서 종래의 어떠한 구조도 활용될 수 있으며 본 발명의 의해 구체적인 구조에 대해서는 한정되지 않는다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 비상용 COG버너(20)를 통한 2차 연소용 공기(12)를 주입하여 1차 연소용 공기(11)의 유입량이 감소함으로써 연소실(1) 내에서 시간차를 두고 2단에 걸쳐 연소하도록 구성됨에 따라 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감시킬 수 있다.

즉, 본 발명은, 한 번의 완전연소에 의해서는 그 연소과정에서 발생하는 질소산화물의 배출량이 많아지며 이와 같이 배출된 질소산화물은 산성비와 미세먼지의 주범이 되기 때문에, 질소산화물의 배출량 저감을 위해 연소실(1) 내에서 두 번에 걸쳐서 완전연소를 이루게 한다.

이에 따라, 1차 연소용 공기(11)가 공급되어 이루어지는 1차 연소 시에는 불완전 연소가 일어나게 됨으로써, 화염온도가 낮아서 질소산화물의 발생 농도가 낮아지게 되며, 나아가 2차 연소용 공기(12)에 의해서 나머지의 가스연료(10)를 완전연소하면서도 그 화염온도가 낮음으로써 질소산화물의 발생농도를 저감시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1 : 연소실 2 : 연료공급구
3 : 공기공급구 4 : 격벽
10 : 가스연료 10a : 연료공급라인
11 : 1차 연소용 공기 11a : 1차공기 공급라인
12 : 2차 연소용 공기 12a : 2차공기 공급라인
20 : 비상용 COG버너 30 : 송풍기

Claims (7)

1단 연소구조로 제조된 코크스로의 연소실(1) 내에 가스연료(10)와 1차 연소용 공기(11)를 주입하고, 비상용 COG버너(20)를 통해 2차 연소용 공기(12)를 주입하는 주입단계; 및 상기 2차 연소용 공기(12)의 유입에 의해 상기 1차 연소용 공기(11)의 유입량이 감소하여 2단에 걸쳐 연소하는 2단 연소단계;를 포함하여 질소산화물의 배출을 저감시키며,
상기 주입단계에서, 상기 가스연료(10)와 1차 연소용 공기(11)는 상기 연소실(1)의 하단으로부터 유입되고, 상기 2차 연소용 공기(12)는 상기 연소실(1) 내의 중단부에 설치된 상기 비상용 COG버너(20)로 내장되는 2차공기 공급라인(12a)을 통해 유입되며,
상기 주입단계에서, 상기 1차 연소용 공기(11)는 외부와 연통된 에어인렛박스(6)를 통해 자연통풍방식으로 상기 연소실(1) 내에 주입되며, 상기 2차 연소용 공기(12)는 송풍기(30)에 의해 강제송풍방식으로 상기 연소실(1) 내에 주입되는 것을 특징으로 하는 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법.

삭제

삭제

제1항에 있어서,
상기 주입단계에서, 상기 1차 연소용 공기(11)는 연돌(5)의 상단 높이에 위치한 외부 공기의 온도와 배가스(13)의 온도 차이에 의해 자연통풍방식으로 상기 에어인렛박스(6)를 통해 상기 연소실(1) 내로 주입되는 것을 특징으로 하는 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법.

제4항에 있어서,
상기 주입단계에서, 상기 에어인렛박스(6) 내에 구비된 에어플랩에 의해 상기 1차 연소용 공기(11)의 유입량이 보조제어되는 것을 특징으로 하는 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법.

제1항, 제4항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 연소용 공기(11)와 2차 연소용 공기(12)의 합은, 상기 연소실(1)에 공급되는 가스연료(10)를 완전연소시키는 공기유량인 것을 특징으로 하는 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법.

제6항에 있어서,
상기 2차 연소용 공기(12)는 완전연소 공기유량의 최대 60% 인 것을 특징으로 하는 비상용 COG버너를 이용한 질소산화물 저감방법.

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