KR101485534B1 - 내화물 승온 장치 및 승온 방법 - Google Patents

내화물 승온 장치 및 승온 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건식 소화설비와 증기공급유닛과 수분제거유닛을 포함하고, 상기 설비는 용기가 배치된 본체와 보일러와 기체순환장치를 포함하며, 그 내부에는 용기를 포함하여 기체순환경로가 구비되며, 상기 증기공급유닛으로 외부증기를 공급하여 상기 보일러의 내부에서 방열시키고, 상기 기체순환경로로 작동기체를 순환시켜 상기 용기의 내부에 형성된 내화물 및 상기 용기에 장입된 장입물을 승온시키는 내화물 승온 장치로서, 상기 증기공급유닛으로 공급되는 증기의 압력을 제어하여 점진적으로 내화물을 승온시키고, 상기 본체의 상기 내화물에서 발생되는 수분을 상기 수분제거유닛을 이용하여 본체의 외부로 신속하게 배출하는 내화물 승온 장치가 제시된다.

Description

내화물 승온 장치 및 승온 방법{Apparatus for rising temperature for refractory and method for rising temperature for refractory}
본 발명은 내화물 승온 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온의 장입물을 수용하기 위한 용기를 형성하는 내화물을 포함하는 건식 소화설비에 결합되어 내화물을 효과적으로 승온시킬 수 있는 내화물 승온 장치 및 승온 방법에 관한 것이다.
코크스(coke) 제조 공정에서 사용되는 건식 소화설비(coke dry quenching)는 코크스 오븐(coke oven)에서 적열 코크스(hot coke)를 전달받아 후속되는 제선공정에서 철광석을 용해하는 열원 및 철광석의 환원제로 사용되는 건식 코크스로 생산하기 위해 적열 코크스를 소화하는 설비이다. 이러한 건식 소화설비는 일반적으로 코크스가 장입되는 챔버(chamber)를 포함하여 코크스에서 발생되는 고온 가스(hot gas)가 순환하는 경로가 그 내부에 구비되며, 챔버의 내부는 내화물로 보호된다. 고온(약 1100℃)의 적열 코크스는 챔버의 내부에 장입되어 건식 소화설비의 내부에 구비된 기체 순환 경로를 순환하는 가스에 방열되어 소화된다.
건식 소화설비는 매년 정지상태에서 법정검사를 받는다. 이때 건식 소화설비의 대수리가 실시되며, 대수리가 완료되면 설비 가동을 위해서 본체의 승온작업이 실시된다. 승온작업은 다음과 같이 실시된다. 본체의 하부에 위치한 코크스 배출기 및 기체 공급기를 보호하기 위해 냉 코크스를 냉각 챔버(cooling chamber)에 소정의 양(약 120ton)을 장입한다. 적열 코크스(약 1100℃)를 본체 내부로 소량 장입을 하여 방열에 의해 서서히 본체 내부의 내화물부를 승온시킨다. 3일동안 적열 코크스 장입량을 증가시켜 내화물을 최종온도(약 500℃)까지 상승시킨 후 정상 조업을 실시한다.
그러나 종래의 내화물 승온 방법은 다음과 같은 문제점이 있다. 챔버에 장입되는 적열 코크스의 양을 점차 증가시키는 작업 시 주의가 요구된다. 적열 코크스는 챔버에 장입 직후 내화물에 열 충격을 가하여 내화물의 온도를 급격하게 상승시킨다. 이는 내화물의 수명에도 영향을 미친다. 또한, 미리 장입된 냉 코크스는 수분을 포함하고 있으며, 장입되는 적열 코크스와 접촉하여 다량의 수분을 발생시킨다. 따라서, 수분으로 인한 수소발생에 따른 폭발사고에 취약하며 실제 여러 번의 폭발사고의 원인으로 분석되었다.
본 발명은 내화물을 용이하게 승온시키는 내화물 승온 장치 및 승온 방법을 제공한다.
본 발명은 내화물이 열 충격을 받는 것을 방지하여 내화물을 점진적으로 승온시키는 내화물 승온 장치 및 승온 방법을 제공한다.
본 발명은 내화물을 예열하는 과정에서 챔버 내부에 발생하는 다량의 수분을 신속하고 용이하게 제거하는 내화물 승온 장치 및 승온 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 내화물 승온 장치는 용기를 형성하는 내화물을 승온시키는 장치로서, 상기 용기는 기체가 순환하는 경로가 내부에 구비되는 설비에 장착되며, 상기 설비의 일측에 연결되어 상기 설비로 외부증기를 공급하는 증기공급유닛을 포함할 수 있다.
상기 설비는 고온의 장입물이 장입되는 상기 용기가 내부에 구비되는 본체; 상기 본체의 외측에 설치되는 보일러; 및 일측이 상기 본체의 상부에 연결되고 타측이 상기 본체의 하부에 연결되며, 상기 보일러의 내부의 소정의 공간을 포함하여 기체가 순환하는 경로를 제공하는 기체순환장치를 포함할 수 있다.
상기 증기공급유닛의 일측은 상기 설비의 상기 보일러에 연결되고, 상기 증기공급유닛의 타측은 증기공급원에 연결되어 상기 보일러로 상기 외부증기를 공급할 수 있다.
상기 증기공급원은 정상 운용되는 건식 소화설비의 보일러일 수 있다.
상기 증기공급유닛은 상기 외부증기가 유동하는 도입배관; 상기 외부증기의 압력을 측정하는 압력검출기; 상기 압력검출기로부터 측정값을 전달받아 상기 외부증기의 압력을 제어하는 압력 제어기; 및 상기 도입배관에 적어도 하나 이상 장착되어 상기 외부증기의 유동을 제어하는 유동제어기를 포함할 수 있다.
상기 도입배관은 상기 도입배관의 입구부에서 소정의 간격을 이격하여 적어도 한번 분기되며, 상기 도입배관의 출구부 중 적어도 일부가 상기 보일러의 증기드럼에 연결되고, 상기 도입배관의 출구부 중 나머지가 상기 보일러의 과열기에 연결될 수 있다
상기 유동제어기는 상기 도입배관의 출구부에 근접하여 장착되는 역류방지밸브; 상기 역류방지밸브 및 상기 도입배관의 입구부에 근접하여 장착되는 밸브를 포함할 수 있다.
상기 증기공급유닛은 상기 보일러의 배관 재질과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 설비에 연결되며 상기 내화물 및 상기 장입물 중 적어도 하나에서 발생하는 수분을 배출하는 수분제거유닛을 포함할 수 있다.
상기 수분제거유닛은 상기 설비의 상기 본체의 하부에 연결되어, 상기 수분이 상기 본체의 외부로 배출되는 경로를 형성하는 수분배출관; 상기 수분배출관에 장착되어 상기 용기 내부의 압력을 제어하고, 상기 발생되는 수분을 배출하는 압력제어기; 및 상기 용기에 적어도 일부가 삽입 장착되어 상기 용기의 압력을 측정하고, 측정값을 상기 압력제어기로 송출하는 압력검출기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 내화물 승온 방법은 용기를 형성하는 내화물을 승온하는 방법으로서, 장입물을 용기에 장입하고 밀폐하는 과정; 상기 용기와 연결된 공급 경로에 외부증기를 공급하는 과정; 상기 공급 경로와 연통되며, 상기 용기를 포함하여 형성되는 기체유동경로 내부의 작동기체와 상기 외부증기를 열 교환하는 과정; 열을 공급받은 작동기체가 상기 기체유동경로를 순환하는 과정; 및 상기 순환하는 작동기체에 의하여 상기 내화물을 승온시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 공급 경로는 보일러 및 상기 기체유동경로를 통하여 상기 용기에 연결되고, 상기 외부증기는 상기 보일러의 내부에 위치한 증기드럼 및 과열기 중 적어도 어느 하나에 공급될 수 있다.
상기 외부증기는 상기 증기드럼 및 과열기에 공급되고, 상기 증기드럼과 연결된 증발기 및 상기 과열기에서 상기 외부증기와 상기 작동기체의 열 교환이 이루어지며, 상기 열 교환된 작동기체는 상기 내화물과 함께 상기 장입물을 승온시킬 수 있다.
상기 장입물은 적열 코크스이고, 상기 용기는 코크스 소화설비 내에 배치되는 내화물 승온 방법.
상기 작동기체는 공기이며, 상기 외부증기는 상기 용기가 배치되는 설비 외에 정상 운용되는 코크스 소화설비로부터 생성된 증기일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면 내화물을 용이하게 승온시키는 내화물 승온 장치를 형성하고, 이로부터 내화물의 승온 작업을 원만하고 안정적으로 할 수 있다.
또한, 내화물을 승온시키기 위해 고온의 기체를 이용하므로, 내화물이 열 충격을 받는 것을 방지 혹은 억제할 수 있다. 즉, 내화물을 점진적으로 승온시킬 수 있다.
이로부터 열 충격으로 인한 내화물의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면 내화물을 예열하는 과정에서 챔버 내부에 발생하는 다량의 수분을 신속하고 용이하게 제거할 수 있고, 이에 수분에서 기인하는 수소로 인한 폭발사고를 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 건식 소화설비의 전체 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 내화물 승온 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 내화물 승온 방법의 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 일반적인 건식 소화설비의 전체 개략도 이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 내화물 승온 장치를 포함하는 건식 소화설비를 도시한 개략도 이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 내화물 승온 방법의 순서도 이다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 적용되는 건식 소화설비는 고온(약 1100℃)의 장입물(10) 예컨대 적열 코크스가 장입되어 소화되는 챔버(110)를 내부에 구비하는 본체(100), 본체(100)의 외측에 설치되는 보일러(200), 본체(100) 및 보일러(200)에 고온의 장입물(10)에서 발생되는 고온 가스(20)가 순환하는 경로를 형성하는 기체순환장치(300)를 포함한다.
본체(100)는 본체(100)의 상측으로부터 하측으로, 원통형의 외피를 가지는 프리챔버(pre chamber)(111), 프리챔버(111)의 하부에 연결되는 냉각챔버(112), 냉각챔버(112)의 하부에 위치하는 가스 공급부(113) 및 냉각챔버(112)의 하부에 연결되는 배출기(130)를 포함할 수 있다. 또한, 프리챔버(111)와 냉각챔버(112)는 그 연결부에 형성된 경사진 연관부(sloping flue)(121)를 포함하여, 프리챔버(111)의 외측면을 따라 이중외피를 형성하는 링덕트(ring duct)(120)에 의해 분할된다. 본체(100)의 내부는 고온(약 1100℃)의 장입물(10)에서 발생하는 열에 대응하기 위해 소정의 두께(약 60cm)를 가진 내화물(140)이 형성된다. 고온의 장입물(10)은 프리챔버 상부(114)를 통하여 챔버(110)의 내부에 장입되며, 장입된 고온의 장입물(10)에서 발생되는 고온 가스(20)는 연관부(121)을 통하여 링덕트(120)로 이동한다. 이때, 고온 가스(20)에는 고온의 장입물(10)에서 기인하는 수소(H2), 일산화탄소(CO) 및 휘발분(volatile matter)이 포함될 수 있다. 이는 본체(100) 및 후술하는 덕트(310)의 내부에서 비정상적인 연소를 초래할 수 있다. 따라서, 이를 연소시켜 제거하기 위해 연소용 기체 예컨대 공기가 공기주입부(122)를 통하여 링덕트(120) 내부로 공급된다. 내부로 공급되는 공기가 고온 가스(20)에 혼합된 수소(H2), 일산화탄소(CO) 및 휘발분과 반응하여 링덕트(120) 내부에서 연소하며, 고온 가스(20)는 연소열을 흡수하여 온도가 증가 된다. 이러한 링덕트(120) 내부의 연소열을 흡수한 고온 가스(20)는 링덕트(120)를 거쳐 링덕트(120)에 연결된 후술하는 기체순환장치(300)의 덕트(310)의 일단으로 배출된다.
보일러(200)는 본체(100)로부터 전달받은 고온(약 980℃)의 가스(20)에서 열을 회수하는 역할을 한다. 회수된 열을 이용하여 보일러(200) 내부에서 고온(약 545℃), 고압(110kgf/cm2)의 증기(32)를 생산하고 이를 터빈(turbine)(280)으로 공급하여 전력을 생산한다. 보일러(200)는 내부에 보일러 작동 유체(30)인 증기(32)가 유동하는 경로 및 고온 가스(20)가 유동하는 경로를 구비하며, 두 경로는 서로 접촉하여 열 교환을 한다. 이를 위해 보일러(200)는 급수기(210), 절탄기(economizer)(220), 증기드럼(steam drum)(230), 증발기(evaporator)(240), 과열기(super heater)(250), 압력제어기(260) 및 보일러배관(270)을 포함할 수 있고, 그 내부에 후술하는 기체순환장치(300)의 덕트(310)의 일부가 관통한다. 보일러(200) 내부를 관통하여 형성되는 덕트(310)에 본체(100)의 링덕트(120)로부터 전달되는 고온의 가스(20)가 유동하며, 본체(100)의 냉각챔버(112)의 내부온도보다 낮은 온도로 냉각되어 덕트(310)를 통하여 본체(100)의 하부로 전달된다. 이를 위해 보일러(200)를 관통하는 덕트(310)의 저온부로부터 고온부로, 그 내측에 절탄기(220), 증발기(240), 제 1 과열기(251) 및 제 2 과열기(252)가 설치되며, 덕트(310)의 외측에 급수기(210) 및 증기드럼(230)이 설치되고, 각기 보일러배관(270)으로 연결되어 증기(32) 또는 물(31)의 이동경로를 형성한다. 급수기(210)는 외부로부터 물(31) 예컨대 용존산소가 제거된 순수를 공급받아 절탄기(220)로 공급한다. 절탄기(220)는 덕트(310)의 저온부를 통과하여 보일러(200) 외부로 배출되는 고온 가스(20)의 열을 회수하여 급수기(210)로부터 공급되는 보일러작동유체(30)의 한 상태인 물(31)을 예열하고, 이를 증기드럼(230)으로 보낸다. 증기드럼(230)은 예열된 물(31)을 증발기(240)로 공급한다. 물(31)은 증발기(240)를 통과하며 고온 가스(20)로부터 열을 흡수하여 증기(32)로 상태가 변화된다. 증발기(240)를 통과하며 생성된 증기(32)는 증기드럼(230)을 거쳐 제 1 과열기(251) 및 제 2 과열기로 공급된다. 제 1 과열기 및 제 2 과열기는 덕트(310)의 고온부에 위치하여 고온(980℃)의 가스(20)로부터 열을 흡수하며, 이에 증기(32)가 과열된다. 제 1 과열기(251) 및 제 2 과열기(252)로부터 배출되는 과열증기(32)는 터빈(280)에 공급되어 터빈(280)을 작동시킨다. 터빈(280)을 통과하며 에너지가 손실된 저압 상태의 증기(32)는 외부로 배출된다. 이와 같은 과정으로 보일러작동유체(30)가 보일러(200)의 내부에서 열 교환에 의해 과열증기(32)를 생성할 때, 보일러(200)의 증발기(240) 및 과열기(250)에는 수분이 생성될 수 있으며 이를 배출하기 위해 보일러(200)는 응축수배출관(290)을 포함한다. 응축수배출관(290)은 일단이 증발기(240) 및 과열기(250)의 하단에 연결되고 타단이 보일러(200) 내부에 위치하는 덕트(310)의 외부에 위치하여 증발기(240) 및 과열기(250)에서 생성되는 수분을 증발기(240) 및 과열기(250)의 외부로 배출한다.
기체순환장치(300)는 본체(100)의 링덕트(120)를 통하여 배출되는 고온의 가스(20)를 전달받아 보일러(200)의 내부로 순환시킨 후 본체(100)의 냉각챔버(112)에 공급하는 역할을 한다. 또한, 본체(100)에 장입된 장입물(10) 및 본체(100)의 내측에 형성되는 내화물(140)에서 기인하여 고온 가스(20)에 혼입되는 수분을 고온 가스(20)로부터 배제하여 기체순환장치(300)의 외부로 배출하는 역할도 한다. 이를 위해 기체순환장치(300)는 고온 가스(20)가 유동하는 덕트(310), 덕트(310)에 장착되어 고온 가스(20)를 순환시키는 송풍기(320), 덕트(310)의 외측에 설치되는 방산탑(330), 본체(100)의 상부에 연결되는 비상변(331), 덕트(310)에 연결되는 증기추출밸브(bleeding valve)(332), 덕트(310)의 일측에 장착되는 비상추출기(bleeder)(340) 및 덕트(310) 내부를 유동하는 분진을 포집하여 덕트(310)의 외부로 배출하는 분진포집기(350)를 포함할 수 있다. 덕트(310)의 일단은 본체(100)의 링덕트(120)에 연결되며, 덕트(310)의 끝단은 본체(100)의 가스 공급부(113)에 연결된다. 송풍기(320)는 보일러(200)와 냉각챔버(112)의 사이에 위치하여 덕트(310)에 설치되며 본체(100)의 냉각챔버(112) 방향으로 기류를 생성하여 고온 가스(20)를 순환시키는 역할을 한다. 방산탑(330)은 비상변(331) 및 증기추출밸브(332)를 통해 배출되는 수분 및 수성가스반응의 생성물 예컨대 수소(H2) 및 이산화 탄소(CO2)를 본체(100)와 덕트(310)의 외부로 배출하는 기능을 한다. 이를 위해 방산탑(330)은 비상변(331) 및 증기추출밸브(332)가 장착된 배관을 통하여 프리챔버(111) 및 덕트(310)에 연결된다. 또한 비상추출기(340)를 덕트 고온부(311)의 일측에 장착하여 프리챔버(111)와 냉각챔버(112) 사이에 위치하는 내화물에서 기인하는 수분을 덕트(310)의 외부로 배출한다. 분진포집기(350)는 덕트(310)의 내부에 적어도 일부가 삽입되어 덕트(310)의 외측에 장착된다. 장착된 분진포집기(350)는 고온 가스(20)와 함께 비산되어 덕트(310) 내부로 유동하는 분진을 중력, 원심력, 전기장 및 여과재 등을 이용한 방식 중 적어도 어느 한 방식을 이용하여 포집하고 덕트(310) 외부로 배출하여 덕트(310)에 연결되는 보일러(200) 및 송풍기(320)를 분진으로부터 보호한다.
정상 운용되는 건식 소화설비는 다음과 같이 작동된다. 본체(100)의 챔버(110)에 장입된 장입물(10) 예컨대 적열 코크스에서 고온 가스(20)가 발생하며 링덕트(120)로 이동하고 링덕트(120)의 내부에 연소되어 열을 흡수한다. 이러한 고온 가스(20)를 보일러(200)로 순환시키기 위하여 건식 소화설비는 프리챔버 상부(114), 방산탑(330) 및 비상추출기(340)가 밀폐되고 송풍기(320)가 작동되어 건식 소화설비의 내부에 구비된 기체 순환경로를 따라 고온 가스(20)가 순환된다. 열을 흡수한 고온 가스(20)는 본체(100)의 링덕트(120) 및 기체순환장치(300)의 덕트(310)를 통하여 보일러(200)로 공급된다. 고온 가스(20)는 보일러(200)를 통과하며 열을 방출하고, 보일러(200)에서 배출되어 덕트(310) 및 송풍기(320)를 통하여 본체(100)의 냉각 챔버(110)로 공급되어 순환된다. 보일러(200)는 내부에 보일러작동유체(30) 예컨대 물(31)을 고온 가스(20)의 열을 이용하여 증기(32)로 생산하여 터빈(280)으로 순환시켜 전력을 발생한다. 보일러작동유체(30)는 급수기(210), 절탄기(220), 증기드럼(230), 증발기(240), 증기드럼(230), 과열기(250) 및 터빈(280)을 거쳐 보일러(200)의 외부로 배출된다. 절탄기(220)에서 보일러작동유체(30)의 한 상태인 물(31)은 예열이 되며, 증발기(240)에서 물(31)이 증기(32)로 상태변화를 한다. 과열기(250)를 거치며 고온 고압의 증기(32)가 생성되어 터빈(280)에 공급되어 터빈(280)을 구동시킨다.
이와 같이 본체(100), 보일러(200) 및 기체순환장치(300)를 포함하는 건식 소화설비는 그 내부에 고온 가스(20)가 순환하는 경로가 형성되고, 경로의 각 부분에서 열 교환이 이루어진다. 경로의 일측에 포함되는 챔버(110)의 내부에서 적열 코크스(10)의 고열이 고온 가스(20)로 전달되고, 경로의 타측에 포함되는 보일러(200)의 내부에서 고온 가스(20)의 고열이 증기(32)로 전달되며 증기(32)는 터빈(280)으로 공급된다. 이에 적열 코크스(10)는 소화되고 폐열은 회수되어 전력생산에 이용된다. 건식 소화설비의 본체(100) 상부의 온도는 적열 코크스(10)의 장입 초기 온도인 약 1100℃ 에 영향을 받으며, 보일러(200)는 고온 가스(20)가 보일러(200)에 공급되는 온도(약 980℃)에 영향을 받는다. 이처럼 고온에서 운용되는 건식 소화설비는 정기적으로 본체(100)의 내부를 보호하는 내화물(140)의 마모 및 손상 정도를 점검하고 보수해야 한다. 또한, 보일러(200)는 매년 정지상태에서 법정검사를 실시하게 된다. 이를 위해 건식 소화설비는 소정 기간(약 4일)에 걸쳐 설비를 서서히 냉각시킨다. 법정검사 및 본체(100)의 내화물(140)의 수리가 완료되면 설비의 가동을 위해 본체의 승온작업을 실시한다. 종래에는 본체(100)의 내화물(140)을 승온시키기 위해 본체(100)의 하부에 본체(100)의 하부에 위치하는 고온 가스 공급부(113) 및 배출기(130)을 보호하기 위한 저온의 장입물 예컨대 냉 코크스(11)를 장입하고, 본체(100)의 내부에 고온의 장입물(10)을 축차적으로 장입하여 장입물(10)의 방열에 의해 내화물(140)을 소정 기간(약 3일)에 걸쳐 서서히 승온한다. 내화물(140)이 최종온도(약 500℃)에 도달하면 건식 소화설비의 정상 운용을 시작한다. 하지만 이와 같은 종래의 내화물(140) 승온방법은 챔버(110)에 장입하는 고온의 장입물(10)의 양을 조절하여 챔버(110) 내부로 투입하는 작업에 있어서 주의가 요구된다. 또한 고온의 장입물(10)은 챔버(110)에 주입된 직후 내화물(140)에 열 충격을 가하고, 챔버(110)의 하부를 보호하는 냉 코크스(11)에 접촉하여 다량의 수분을 발생시킨다. 따라서 기존의 고온의 장입물(10)을 이용한 내화물 승온 방법은 내화물을 안정적으로 승온시키는 것에 한계가 있었다. 이러한 문제를 방지하기 위해 본 발명은 내화물 승온 장치 및 승온 방법을 제공한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 내화물 승온 장치는 고온(약 545℃), 고압(110kgf/cm2))의 외부증기(40)를 전달받아 건식 소화설비로 공급하는 증기공급유닛(400) 및 본체(100)의 냉각챔버(112)에 설치되어 냉각챔버(112)의 내부에서 발생되는 수분을 본체(100)의 외부로 배출하여 제거하는 수분제거유닛(500)을 포함한다. 냉각챔버(112)의 내부에서 발생되는 수분은 냉각챔버(112)의 하부구조물인 가스 공급부(113) 및 배출기(130)을 보호하기 위해 장입되는 저온의 장입물 예컨대 냉 코크스(11)에서 기인하거나 또는, 본체(100)의 내부에 형성되는 내화물에서 기인할 수 있다.
증기공급유닛(400)은 일측이 증기공급원에 연결되고 타측이 보일러(200)에 연결되어 보일러(200)의 내부로 고온, 고압의 외부증기(40)를 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 증기공급유닛(400)은 도입배관(410), 압력검출기(420), 압력제어기(430) 및 유동제어기(440)를 포함할 수 있다. 도입배관(410)은 입구부(411)가 증기공급원 예컨대 정상 운용되는 건식 소화설비의 보일러의 일측에 연결되어 이로부터 고온, 고압의 외부증기(40)를 전달받아 보일러(200)로 공급한다. 도입배관(410)은 도입배관(410)의 중간부에서 적어도 한번 분기 되며, 그 출구부(412)가 보일러(200)의 증기드럼(230)의 상부 및 과열기(250) 중 적어도 어느 하나에 연결된다. 도입배관(410)의 각 연결부를 증기드럼(230) 및 보일러배관(270)에 결합하는 방법으로는 용접 또는 분기관을 이용하여 기계식 이음 방법을 사용할 수 있다. 도입배관(410)의 형상 및 크기는 특별히 한정되지 않으며, 그 내부에 유동하는 고온, 고압의 외부증기(40)가 보일러(200)의 증기드럼(230) 및 제 2 과열기(252)에 충분히 공급되기 용이한 형상 및 크기를 가진다. 도입배관(410)의 재질은 외부증기(40)의 고온 및 고압에 견디는 재질 예컨대 보일러(200)의 과열기(250)와 터빈(280)을 연결하는 보일러배관(270)과 동일한 재질로 형성된다. 압력검출기(420)는 도입배관(410)의 입구부(411)에서 소정 간격을 이격하여 도입배관(410)이 분기되기 이전에 위치하며, 압력검출기(420)의 적어도 일부가 도입배관(410)에 삽입되어 도입배관(410)의 일측에 장착된다. 장착된 압력검출기(420)는 도입배관(410) 내부를 유동하는 외부증기(40)의 압력을 측정하여 측정값을 압력제어기(430)로 송출한다. 압력제어기(430)는 도입배관(410)의 입구부(411)와 압력검출기의 사이에 위치하며, 압력검출기(420)에 소정 간격을 이격하여 도입배관(410)에 장착된다. 장착된 도입배관(410)은 압력검출기(420)로부터 송출된 측정값을 이용하여 도입배관(410)의 압력을 작업자가 제어하는 압력으로 증가 및 감소시킨다. 압력제어기(430)는 그 구동력을 기계적 수단에 의해 제공받을 수 있고 혹은 유압적 수단에 의해 제공받을 수 있다. 이 중 외부증기(40)의 압력조절에 적합한 수단이 압력제어기의 구동력으로 제공된다. 압력검출기(420) 및 압력제어기(430)를 통해 도입배관(410)으로 공급되는 외부증기(40)의 압력을 제어하여 보일러(200)의 증기드럼(230) 및 과열기(250) 중 적어도 어느 하나에 공급되는 외부증기(40)의 유량 및 온도를 제어할 수 있다. 따라서, 덕트(310)의 내부를 유동하여 본체(100)의 냉각챔버(112)로 공급되는 작동기체(50) 예컨대 공기의 온도의 조절이 용이하고, 이에 본체(100)의 내화물(140) 및 냉 코크스(11)를 효과적으로 승온시킬 수 있다. 유동제어기(440)는 역류방지밸브(441) 및 밸브(442)를 포함할 수 있다. 역류방지밸브(441)는 도입배관(410)의 출구부(412)에 소정의 간격을 이격하여 설치된다. 설치된 역류방지기(441)는 보일러(200)의 증기드럼(230) 및 제 2 과열기(252)에서 도입배관(410)으로 외부증기(40)가 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 도입배관(410)의 각 분기위치 및 압력 제어기(430)의 전단부에는 유동제어기(440) 중 유동을 차단 및 개방하는 역할을 하는 밸브(442)가 장착된다. 밸브(442)는 도입배관(410)의 외부증기(40) 흐름을 작업자의 필요에 의해 차단 및 개방할 수 있다.
수분제거유닛(500)은 본체(100)의 냉각챔버(112)의 일측에 연결되어 냉각챔버(112)의 내부에 위치하는 내화물(140) 및 냉 코크스(11)에서 기인하는 수분을 냉각챔버(112)외부로 배출한다. 이를 위해 수분제거유닛(500)은 압력검출기(520), 압력제어기(530) 및 수분배출관(510)을 포함할 수 있다. 수분배출관(510)은 냉각챔버(112)의 외벽을 관통하여 형성되는 관통홀에 일단이 삽입되어 결합된다. 결합방법으로는 예를 들어 용접이 있다. 결합에 의해 수분배출관(510)의 일단은 냉각챔버(112)의 내면에 대면하고, 이에 수분배출경로를 형성한다. 압력제어기(530) 예컨대 배출밸브는 냉각챔버(112)의 외벽에서 소정 간격이 이격되어 수분배출관(510)에 장착된다. 압력검출기(520)는 냉각챔버(112)의 일측면을 관통하여 적어도 일부가 삽입되어 장착된다. 압력검출기(520)는 냉각챔버(112)의 내측과 대면하여 냉각챔버(112)의 내측의 압력을 검출하여 신호를 발생시킨다. 발생된 신호는 압력제어기(530)로 송출되며 압력제어기(530)는 압력검출기(520)로부터 송출된 신호를 받아 냉각챔버(112)의 내측의 압력에 대응하여 수분배출관(510)을 개방 및 폐쇄한다. 이러한 과정은 자동제어에 의해 연속적으로 실행되며 따라서 내화물(140) 및 냉각챔버(112)에 장입된 냉 코크스(11)로부터 기인하는 수분을 본체(100) 외부로 신속하고 용이하게 배출할 수 있다.
내화물 승온 장치의 증기공급유닛(400)은 다음과 같이 설치된다. 도입배관(410)의 입구부(411)는 증기공급원 예컨대 외부에서 정상 운용되는 건식 소화설비의 보일러에 연결된다. 연결방법은 예를 들어 외부의 건식 소화설비의 보일러에서 고온(약 545℃) 및 고압(110kgf/cm2)의 외부증기(40)가 유동하는 배관의 적어도 어느 한 부분에서 분기 되는 배관에 도입배관(410)의 입구부(411)를 기계식 이음(mechanical joint)공법을 사용하여 결합하는 방법이 있다. 결합에 의해 도입배관(410)은 외부의 건식 소화설비의 보일러로부터 고온 및 고압의 외부증기(40)를 공급받을 수 있다. 도입배관(410)의 출구부(412)는 보일러(200)의 증기드럼(230) 및 과열기(250)와 터빈(280)을 연결하는 보일러배관(270)의 일측 중 적어도 어느 하나에 연결되며, 연결된 부위를 결합하는 방법은 예컨대 용접 및 기계식 이음 방법이 있다. 결합에 의해 증기공급원에서 보일러(200)의 내부로 외부증기(40)가 공급되는 경로가 형성된다. 이때 과열기(250)와 터빈(280)을 연결하는 보일러배관(270)에 장착된 압력제어기(260)를 이용하여 터빈(280) 방향으로 외부증기(40)가 유동하는 것을 차단한다. 도입배관(410)은 증기공급원이 연결된 도입배관(410)의 입구부(411)로부터 도입배관(410)이 분기되는 위치까지 밸브(442), 압력제어기(430) 및 압력검출기(420)가 장착된다. 또한, 도입배관(410)은 도입배관(410)이 분기되는 위치에서부터 도입배관(410)의 출구부(412)까지 밸브(442) 및 역류방지밸브(441)가 장착된다. 내화물 승온 장치의 수분제거유닛(500)은 다음과 같이 설치된다. 본체(100)의 냉각챔버(112)의 일측에 관통홀이 형성되며, 형성되는 관통홀에 수분배출관(510)의 일단이 삽입되어 결합된다. 결합방법은 예컨대 용접이 있다. 이에 냉각챔버(112)의 내부가 수분배출관(510)을 통하여 외부에 연결되어 수분이 배출되는 경로를 형성한다. 압력제어기(530) 예컨대 압력제어밸브는 냉각챔버(112) 외벽에 소정거리 이격하여 수분배출관(510)의 일측에 장착된다. 압력검출기(420)는 본체(100)의 냉각챔버(112)의 외벽을 관통하여 적어도 일부가 삽입되어 냉각챔버(112)의 내면에 대면한다. 압력검출기(420)의 나머지 부분은 본체(100)의 외측으로 위치하며, 일단이 압력제어기(530)에 연결된다. 압력검출기(420)에서 측정되어 압력제어기(530)으로 전달되는 냉각챔버(112)의 내부압력 측정값에 의해 압력제어기(430)의 작동이 제어된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 내화물 승온 방법의 순서도 이다.
내화물 승온 방법은 내화물(140)을 승온하기 위해 장입물을 용기에 장입하고 밀폐하는 과정, 장입물이 장입된 용기와 연결된 공급 경로에 외부증기를 공급하며, 외부증기를 공급하는 공급 경로와 연통되고, 장입물이 장입된 용기를 포함하여 형성되는 기체유동경로 내부의 작동기체와 외부증기를 열 교환, 열을 공급받은 작동기체가 기체유동경로를 순환하며, 작동기체의 순환에 의하여 내화물을 승온시키는 과정을 포함한다.
이하, 내화물을 승온시키는 방법을 상세히 설명한다. 본체(100)의 프리챔버(111)의 개방된 상부(114)를 통해 저온의 장입물 예컨대 냉 코크스(11)를 소정의 양(약 120ton)을 본체(100)의 내부로 장입하고 프리챔버(111)의 상부(114)를 밀폐한다(S100). 이때, 냉 코크스(11)는 냉각챔버(112)의 하부구조물인 가스 공급부(113) 및 배출기(130)를 덮는다. 증기공급유닛(400)의 유동제어기(440) 및 압력제어기(430)가 작동되어 도입배관(410)이 개방되며, 이를 통하여 외부증기(40)를 보일러(200)의 증기드럼(230) 및 과열기(250) 중 적어도 어느 하나에 공급한다(S200). 과열기(250)에 공급되는 외부증기(40)는 덕트(310)의 내부로 열을 방출한다. 이때, 압력제어기(260)가 작동하여 터빈(280) 방향으로 외부증기(40)가 유동하는 것을 차단한다. 증기드럼(230)에 공급되는 외부증기(40)는 증발기(240) 및 제 1 과열기(251)로 전달되어 덕트(310) 내부로 열을 방출한다. 열이 방출된 외부증기(40)는 혹은 외부증기(40)로부터 생성되는 응축수는 증발기(240)및 과열기(250)의 하단에 연결된 응축수배출관(290)을 통하여 보일러 외부로 배출된다. 보일러(200)의 증발기(240) 및 과열기(250) 중 적어도 어느 하나에서 방출되는 열은 증발기(240) 및 과열기(250)의 외측을 감싸며 형성된 덕트(310)의 내부에 위치하는 작동기체(50) 예컨대 공기에 흡수된다(S300). 열을 흡수한 고온의 작동기체(50)는 기체순환장치(300)의 송풍기의 작동에 의하여 본체(100)의 챔버(110) 및 덕트(310)를 포함하여 형성되는 기체순환경로를 따라 순환한다(S400). 순환되는 기체순환장치의 작동기체(50)는 본체(100)의 냉각챔버(112)로 공급되어 본체(100)의 챔버(110)의 내부에 형성되는 내화물(140) 및 챔버(110)의 하부에 장입되는 냉 코크스(11)를 승온시킨다(S500). 내화물(140) 및 냉 코크스(11)는 승온되는 과정에서 수분이 배출되며, 배출되는 수분은 가열되어 수증기를 발생시킨다. 이는 본체(100)의 하부에 위치한 냉각챔버(112) 내부의 압력을 증가시키며, 증가된 압력이 압력검출기(520)에 측정되어 압력제어기(530)가 작동된다. 이에 수분제거유닛(500)을 통하여 냉각챔버(112) 내부의 수분이 배출된다. 또한, 방산탑(330) 및 비상추출기(340)가 작동하여 본체(100)의 상부에 위치하는 내화물(140)에서 기인하여 작동기체(50)에 혼입되는 수분을 덕트(310)의 외부로 배출한다. 이와 같은 작용은 순차적으로 작동하여 지속되며, 이에 내화물(140)은 최적의 온도 증가율(10℃/h)로 승온될 수 있다. 내화물(140) 및 냉 코크스(11)는 최종온도(약 500℃)까지 승온된다. 이후 건식 소화설비는 정상운용을 할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 코크스 건식 소화설비의 경우가 예시되었으나, 이외의 다양한 설비의 내화물 건조에도 적용될 수 있다. 한편, 본 발명의 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명이 해당하는 기술분야에서의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 장입물 11: 냉 코크스
40: 외부증기 50: 작동기체
100: 본체 110: 챔버
111: 프리챔버 112: 냉각챔버
140: 내화물 200: 보일러
230: 증기드럼 240: 증발기
250: 과열기 290: 응축수배출관
300: 기체순환장치 310: 덕트
320: 송풍기 400: 증기공급유닛
410: 도입배관 430: 압력제어기
441: 역류방지밸브 500: 수분제거유닛
520: 압력검출기 530: 압력제어기

Claims (15)

  1. 용기를 형성하는 내화물을 승온시키는 장치로서,
    상기 용기는 기체가 순환하는 경로가 내부에 구비되는 설비에 장착되며,
    상기 설비의 일측에 연결되어 상기 설비로 외부증기를 공급하는 증기공급유닛;을 포함하고,
    상기 증기공급유닛은,
    상기 외부증기가 유동하는 도입배관;
    상기 외부증기의 압력을 측정하는 압력검출기;
    상기 압력검출기로부터 측정값을 전달받아 상기 외부증기의 압력을 제어하는 압력 제어기; 및
    상기 도입배관에 적어도 하나 이상 장착되어 상기 외부증기의 유동을 제어하는 유동제어기;를 포함하는 내화물 승온 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 설비는,
    고온의 장입물이 장입되는 상기 용기가 내부에 구비되는 본체;
    상기 본체의 외측에 설치되는 보일러; 및
    일측이 상기 본체의 상부에 연결되고 타측이 상기 본체의 하부에 연결되며, 상기 보일러의 내부의 소정의 공간을 포함하여 기체가 순환하는 경로를 제공하는 기체순환장치를 포함하는 내화물 승온 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 증기공급유닛의 일측은 상기 설비의 상기 보일러에 연결되고,
    상기 증기공급유닛의 타측은 증기공급원에 연결되어 상기 보일러로 상기 외부증기를 공급하는 내화물 승온 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 증기공급원은 정상 운용되는 건식 소화설비의 보일러인 내화물 승온 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도입배관은,
    상기 도입배관의 입구부가 상기 증기공급원에 연결되고,
    상기 도입배관의 중간부가 적어도 한번 분기되며,
    상기 도입배관의 출구부 중 적어도 일부가 상기 보일러의 증기드럼에 연결되고,
    상기 도입배관의 출구부 중 나머지가 상기 보일러의 과열기에 연결되는 내화물 승온 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 유동제어기는,
    상기 도입배관의 출구부에 근접하여 장착되는 역류방지밸브;
    상기 역류방지밸브 및 상기 도입배관의 입구부에 근접하여 장착되는 밸브를 포함하는 내화물 승온 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기공급유닛은,
    상기 보일러의 배관 재질과 동일한 재질로 형성되는 내화물 승온 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설비에 연결되며, 상기 내화물 및 상기 장입물 중 적어도 하나에서 발생하는 수분을 배출하는 수분제거유닛을 포함하는 내화물 승온 장치.

  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 수분제거유닛은,
    상기 설비의 상기 본체의 하부에 연결되어, 상기 수분이 상기 본체의 외부로 배출되는 경로를 형성하는 수분배출관;
    상기 수분배출관에 장착되어 상기 용기 내부의 압력을 제어하고, 상기 발생되는 수분을 배출하는 압력제어기; 및
    상기 용기에 적어도 일부가 삽입 장착되어 상기 용기의 압력을 측정하고, 측정값을 상기 압력제어기로 송출하는 압력검출기를 포함하는 내화물 승온 장치.
  11. 용기를 형성하는 내화물을 승온하는 방법으로서,
    장입물을 용기에 장입하고 밀폐하는 과정;
    상기 용기와 연결된 공급 경로에 증기공급원으로부터 생성된 외부증기를 공급하는 과정;
    상기 공급 경로와 연통되며, 상기 용기를 포함하여 형성되는 기체유동경로 내부의 작동기체와 상기 외부증기를 열 교환하는 과정;
    열을 공급받은 작동기체가 상기 기체유동경로를 순환하는 과정; 및
    상기 순환하는 작동기체에 의하여 상기 내화물을 승온시키는 과정;을 포함하고,
    상기 외부증기를 공급하는 과정은,
    상기 외부증기를 공급하는 증기공급유닛의 유동제어기 및 압력제어기로 상기 증기공급유닛의 도입배관을 개방하여 상기 외부증기를 공급하는 과정; 및
    상기 증기공급유닛의 압력검출기로 상기 도입배관 내부의 압력을 측정하여 공급되는 상기 외부증기의 유량 및 온도를 제어하는 과정;을 포함하는 내화물 승온 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 공급 경로는 보일러 및 상기 기체유동경로를 통하여 상기 용기에 연결되고, 상기 외부증기는 상기 보일러의 내부에 위치한 증기드럼 및 과열기 중 적어도 어느 하나에 공급되는 내화물 승온 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 외부증기는 상기 증기드럼 및 과열기에 공급되고, 상기 증기드럼과 연결된 증발기 및 상기 과열기에서 상기 외부증기와 상기 작동기체의 열 교환이 이루어지며,
    상기 열 교환된 작동기체는 상기 내화물과 함께 상기 장입물을 승온시키는 내화물 승온 방법.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장입물은 적열 코크스이고, 상기 용기는 코크스 소화설비 내에 배치되는 내화물 승온 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 작동기체는 공기이며, 상기 외부증기는 상기 용기가 배치되는 설비 외에 정상 운용되는 코크스 소화설비로부터 생성된 증기인 내화물 승온 방법.












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