KR101504425B1

KR101504425B1 - 분코크스 재순환 시스템

Info

Publication number: KR101504425B1
Application number: KR1020130096242A
Authority: KR
Inventors: 박풍복
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-03-19
Also published as: KR20150019412A

Abstract

본 발명은 건식소화설비의 순환가스 중에 포함된 분코크스를 회수하여 스팀생산을 증대시키고, 분코크스 발생량을 감소시키는 분코크스 재순환 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 분코크스 재순환 시스템은 건식소화설비 내부를 이동하는 순환가스 중에 포함된 분코크스를 분리하는 사이클론 방식의 분리부; 상기 분리부에서 분리된 분코크스가 수용되는 저장조; 상기 저장조에 수용된 분코크스를 이송시키는 재공급라인; 상기 재공급라인으로부터 공급받은 분코크스가 임시 저장되는 사일로; 및 상기 사일로에서 분코크스를 공급받아 상기 건식소화설비에 구비된 핫 가스 덕트로 공급하는 취입라인;을 포함한다.

Description

분코크스 재순환 시스템{COKE DUST RECYCLING SYSTEM OF COKE DRY QUENCHING}

본 발명은 분코크스 재순환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건식소화설비의 순환가스 중에 포함된 분코크스를 회수하여 스팀생산을 증대시키고, 분코크스 발생량을 감소시키는 분코크스 재순환 시스템에 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. 이때, 상기한 적열 상태의 코크스를 냉각시키는 방식에는 상온 상태의 냉각수를 살수하여 냉각시키는 습식 소화 방식과, 불활성 가스(질소)를 이용하여 냉각시키는 건식소화 방식 등이 있다.

도 1은 일반적인 코크스 건식소화설비(Coke Dry Quenching: CDQ)를 보여주는 구성도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 코크스 건식소화설비는 소화탑(10), 핫 가스 덕트(20), 보일러(30), 순환배관(40) 및 순환가스 블로워(41)로 이루어지는 폐순환 구조를 갖는다.

소화탑(10)은 적열 코크스가 갖는 현열을 불활성 가스를 매체로 하여 열교환하는 쿨링챔버(cooling chamber; 11)와, 상기 쿨링챔버(11)의 상부에 이어져서 적열 코크스 투입의 시간변동을 흡수하여 조업의 안정성을 얻을 목적으로 프리챔버(Pre-chamber)가 마련되며, 상기 쿨링챔버(11)와 연통되면서 상기 프리챔버를 둘러싸는 링 덕트(ring duct)가 마련된다. 그래서, 적열 코크스가 프리챔버의 상방으로부터 프리챔버 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 덕트를 통과한 후 핫 가스 덕트(hot gas duct; 20)로 배출되고, 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 냉각시키고, 냉각된 불활성 가스는 상기 순환배관(40)을 통하여 상기 소화탑(10)의 쿨링챔버(11)로 재공급된다.

이때, 보일러(30)를 통과한 불활성 가스 중에 포함된 분 코크스는 순환가스 블로워(41)를 마모시키는 등 이상발생의 원인이 되기 때문에 반드시 제거되어야 한다.

종래, 이러한 분 코크스를 분리시키기 위해, 보일러 후단에 싸이클론(50)을 설하여 불활성 가스 중에 포함된 분코크스를 분리시키고, 싸이클론(50)에서 분리된 분코크스는 더스트 사일로에 임시 저장된 후 운송차량에 의하여 야드로 이동되어 재활용된다.

그러나, 분코크스를 야드에 적치하게 되어, 분코크스의 재활용율을 저감시키고, 주변환경을 오염시키는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 분코크스 이송에 물류 비용이 발생되어 생산원가를 증가시키는 문제점을 가지고 있었다.

종래 폐열 보일러로의 입열량이 목표치가 되도록 공기 및/또는 물 혹은 증기의 양을 조정함으로써, 회수 증기량을 일정하게 유지하고 순환가스 중의 가연성 가스성분 및 산소 성분을 최소량으로 유지하여 이물질 부착을 방지하여 보일러 튜브의 열파손을 방지하면서 헌열 회수량을 증가시키는 장치에 대해서는 "코크스 건식 소화 방법 및 장치(공개특허 10-2005-0059086)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.

하지만, 야드로 이송된 분코크스가 주변 환경을 오염시키는 문제점을 해결하지 못하였으며, 순환가스 중에 포함된 분코크스를 재활용이 불가능하여 분코크스의 재활용율이 저감되고, 분코크스 처리에 따른 생산원가가 증가되는 문제점을 해결하지 못하였다.

공개특허 10-2005-0059086 (2005. 06. 17.)

본 발명은 건식소화설비의 순환가스 중에 포함된 분코크스를 이용하여 열교환 효율을 향상시켜 보일러의 스팀생산을 증대시킬 수 있는 분코크스 재순환 시스템을 제공한다.

또한, 건식소화설비 조업중 발생되는 분코크스의 양을 감소시킴으로써, 분코크스 처리비용을 감소시킬 수 있는 분코크스 재순환 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 분코크스 재순환 시스템은 건식소화설비 내부를 이동하는 순환가스 중에 포함된 분코크스를 분리하는 사이클론 방식의 분리부; 상기 분리부에서 분리된 분코크스가 수용되는 저장조; 상기 저장조에 수용된 분코크스를 이송시키는 재공급라인; 상기 재공급라인으로부터 공급받은 분코크스가 임시 저장되는 사일로; 및 상기 사일로에서 분코크스를 공급받아 상기 건식소화설비에 구비된 핫 가스 덕트로 공급하는 취입라인;을 포함한다.

상기 저장조는, 분코크스를 상기 재공급라인을 따라 에어를 이용하여 압송시킬 수 있도록 에어 공급라인이 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 사일로는, 상기 핫 가스 덕트 내부로 연소용 에어를 공급하는 연소용 에어라인에 인접하도록 상기 핫 가스 덕트 상부에 위치되고, 상기 취입라인으로 분코크스를 공급할 수 있도록 하부에 제1 로터리 밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 분코크스 재순환 시스템은 상기 핫 가스 덕트 내부의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서로부터 상기 핫 가스 덕트 내부의 온도 정보를 수신받아 사전에 설정된 기준온도보다 낮은 경우 상기 로터리 밸브에 작동신호를 전송하는 제어부를 더 포함한다.

상기 취입라인은, 일단이 상기 로터리 밸브에 연결되고 타탄은 상기 연소용 에어라인에 연결되되, 상기 로터리 밸브에서 배출된 분코크스가 연소용 에어의 흐름에 편승될 수 있도록 상기 에어라인에 경사지게 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 분코크스 재순환 시스템은 상기 사일로는 내부에 수용된 분코크스의 무게를 감지하는 무게 감지센서를 더 포함하고, 상기 분리부의 하부에는 상기 저장조로 이동되는 분코크스의 양을 조절할 수 있도록 제2 로터리 밸브가 구비되며, 상기 제어부는 상기 무게 감지센서로부터 상기 사일로 내부에 수용된 분코크스의 무게 정보를 전송받아 사전에 설정된 기준무게를 초과하는 경우 상기 제2 로터리 밸브에 작동신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 건식소화설비의 순환가스 중에 포함된 분코크스를 핫 가스 덕트 내에서 연소시켜 보일러의 열교환율을 향상시킴으로써, 스팀생산량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 보일러의 열교환율을 향상시키도록 핫 가스 덕트 내부로 공급되는 연소가스의 양을 감소시켜 생산원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 건식소화설비에서 발생되는 분코크스의 양을 감소시켜, 분코크스 처리 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 코크스 건식소화설비(Coke Dry Quenching: CDQ)를 보여주는 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분코크스 재순환 시스템이 설치된 건식소화설비를 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 취입라인의 설치를 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분코크스 재순환 시스템이 설치된 건식소화설비를 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분코크스 재순환 시스템은 순환가스 중에 포함된 분코크스를 사이클론 방식으로 분리하는 분리부(100), 상기 분리부(100)에서 분리된 분코크스가 수용되는 저장조(200), 상기 저장조(200)에 수용된 분코크스를 이송시키는 재공급라인(300), 상기 재공급라인(300)을 따라 이동된 분코크스가 저장되는 사일로(400) 및 상기 사일로(400)에서 공급받은 분코크스를 상기 건식소화설비에 구비된 핫 가스 덕트(20) 내부로 공급하는 취입라인(500)을 포함한다.

상기 분리부(100)는 건식소화설비에 구비된 보일러(30) 후단에 설치되어 상기 보일러(30)를 통과하면서 열교환된 순환가스를 선회시킴에 따라 발생되는 원심력을 이용하여 순환가스 중에 포함된 분코크스를 분리한다.

이때, 상기 분리부(100)는 예를 들면 사이클론 등이 사용될 수 있다.

상기 저장조(200)는 상기 분리부(100)에서 분리된 분코크스가 저장되고, 저장된 분코크스를 상기 재공급라인(300)을 따라 에어를 이용하여 압송시킬 수 있도록 에어 공급라인(210)이 연결된다. 이에, 상기 저장조(200)에 수용된 분코크스는 상기 에어 공급라인(210)에서 공급되는 에어와 함께 상기 재공급라인(300)을 따라 상기 사일로(400)로 이동된다.

상기 에어 공급라인(210)을 통해 공급되는 에어는 질소 등 비활성가스인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 에어 공급라인(210)을 통해 공급된 에어가 고온의 분코크스와 반응하여 상기 재공급라인(300) 등에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 저장조(200)는 상기 취입라인(500)을 통해 공급되는 분코크스의 양이 감소하여, 수용된 분코크스의 양이 일정값을 초과하는 경우, 대차 등을 이용하여 타설비로 이동시킬 수 있다.

상기 사일로(400)는 상기 핫 가스 덕트(20) 상부에 위치되되, 상기 핫 가스 덕트(20) 내부로 연소용 에어를 공급하는 연소용 에어라인(21)에 인접하여 설치되고, 상기 취입라인(500)으로 이동되는 분코크스의 양을 조절하여 공급할 수 있도록 제1 로터리 밸브(410)가 구비되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 연소용 에어라인(21)에 연결되는 상기 취입라인(500)을 단축시킬 수 있으며, 상기 취입라인(500)으로 공급되는 분코크스의 양을 제어하기 용이할 수 있기 때문이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분코크스 재순환 시스템은 상기 핫 가스 덕트(20) 내부의 온도를 감지하는 온도센서(600) 및 상기 온도센서(600)로부터 핫 가스 덕트(20) 내부의 온도 정보를 수신받아 상기 제1 로터리 밸브(410)를 작동시키는 제어부(700)를 더 포함한다.

상기 보일러(30)로 공급되는 순환가스 즉, 소화탑(10)에서 배출되어 상기 핫 가스 덕트(20) 내부로 이동하는 약 1000℃ 온도를 갖는 순환가스는 상기 보일러(30)에서 열교환된다.

이때, 상기 제어부(700)에는 상기 보일러(30)에서 생산되는 스팀의 양에 따라, 상기 핫 가스 덕트(20) 내부를 이동하는 순환가스의 온도 값 즉, 기준온도가 설정되고 상기 온도센서(600)에서 감지된 온도정보를 수신받아 상기 기준온도보다 낮은 경우 상기 취입라인(500)으로 공급되는 분코크스의 양을 증가시키도록 상기 제1 로터리 밸브(410)에 작동신호를 전송한다.

이에, 상기 취입라인(500)을 통해 상기 핫 가스 덕트(20)로 유입된 분코크스는 약 1000℃의 순환가스의 고열에 의해 연소되어 상기 보일러(30)로 이동되는 순환가스의 온도를 상승시킴으로써, 상기 보일러(30)로 유입되는 순환가스의 온도를 상승시키도록 상기 핫 가스 덕트(20) 내부에 공급되는 연소용 에어의 사용량을 감소시키면서, 상기 보일러(30)에서 생산되는 스팀의 양을 증가시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 취입라인의 설치를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 취입라인(500)은 일측은 상기 제1 로터리 밸브(410)에 연결되고 타측은 상기 핫 가스 덕트(20) 내부로 연소용 에어를 공급하도록 상기 핫 가스 덕트(20) 내부로 연결된 상기 연소용 에어라인(21)에 연결된다.

이때, 상기 연소용 에어라인(21)과 상기 취입라인(500)은 경사지게 연결되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 제1 로터리 밸브(410)가 작동함에 따라 상기 사일로(400)에서 배출된 분코크스가 상기 연소용 에어라인(21)을 따라 이동되는 연소용 에어의 흐름에 편승되어 이동함에 따라 별도의 동력없이 분코크스를 상기 핫 가스 덕트(20) 내부로 이동시킬 수 있으며, 이때, 상기 취입라인(500)과 상기 연소용 에어라인(21)은 약 45°의 경사각을 갖도록 연결된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 분코크스 재순환 시스템은 상기 사일로(400) 내부에 수용된 분코크스의 무게를 감지하여 그 양을 판단할 수 있도록 무게 감지센서(420)를 더 포함하며, 상기 분리부(100)는 상기 저장조(200)로 이동되는 분코크스의 양을 조절하도록 그 하부에 제2 로터리 밸브(110)를 포함한다.

이때, 상기 제어부(700)는 상기 사일로(400)에 수용가능한 분코크스의 양에 따라 기준무게가 사전에 입력되고, 상기 무게 감지센서(420)로부터 상기 사일로(400) 내부에 수용된 분코크스의 무게 정보를 수신받아 상기 기준무게를 초과하는 경우 상기 제2 로터리 밸브(110)를 정지시키도록 작동신호를 전송하여 상기 사일로(400)로 유입되는 분코크스를 차단한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 분코크스 재순환 시스템의 작동관계에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

상기 분리부(100)는 상기 보일러(30)에서 배출된 순환가스 중의 분코크스를 분리하여 상기 저장조(200)에 저장시키고, 상기 저장조(200)에 수용된 분코크스는 상기 에어 공급라인(210)으로 공급되는 에어에 의하여 상기 재공급라인(300)을 따라 상기 핫 가스 덕트(20) 상부에 위치한 상기 사일로(400)로 이동된다.

상기 제어부(700)는 상기 온도센서(600)에서 감지된 온도정보에 따라 상기 제1 로터리 밸브(410)를 작동시켜 상기 사일로(400)에 수용된 분코크스를 상기 취입라인(500)으로 배출시킨다.

상기 취입라인(500)으로 배출된 분코크스는 상기 연소용 에어라인(21)을 따라 이동되는 연소용 에어에 편승되어 상기 핫 가스 덕트(20) 내부로 이동되고, 고온의 상기 핫 가스 덕트(20) 내부에서 연소되어 상기 보일러(30)로 유입되는 순환가스의 온도를 상승시킨다.

한편, 상기 제어부(700)는 상기 무게 감지센서(420)에서 측정된 무게 정보를 수신받아 상기 사일로(400)에 수용된 분코크스의 양을 판단하고, 상기 기준무게를 초과하는 경우, 상기 제2 로터리 밸브(110)를 정지시킨다.

이러한 과정은, 상기 건식소화설비의 작동이 종료될 때까지, 연속하여 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 소화탑 20: 핫 가스 덕트
21: 연소용 에어라인 30: 보일러
40: 순환배관 41: 순환가스 블로워
100: 분리부 110: 제2 로터리 밸브
200: 저장조 210: 에어 공급라인
300: 재공급라인 400: 사일로
410: 제1 로터리 밸브 420: 무게 감지센서
500: 취입라인 600: 온도센서
700: 제어부

Claims

건식소화설비 내부를 이동하는 순환가스 중에 포함된 분코크스를 분리하는 사이클론 방식의 분리부;
상기 분리부에서 분리된 분코크스가 수용되는 저장조;
상기 저장조에 수용된 분코크스를 이송시키는 재공급라인;
상기 재공급라인으로부터 공급받은 분코크스가 임시 저장되는 사일로; 및
상기 사일로에서 분코크스를 공급받아 상기 건식소화설비에 구비된 핫 가스 덕트로 공급하는 취입라인;을 포함하는 분코크스 재순환 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 저장조는,
분코크스를 상기 재공급라인을 따라 에어를 이용하여 압송시킬 수 있도록 에어 공급라인이 연결된 것을 특징으로 하는 분코크스 재순환 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 사일로는, 상기 핫 가스 덕트 내부로 연소용 에어를 공급하는 연소용 에어라인에 인접하도록 상기 핫 가스 덕트 상부에 위치되고,
상기 취입라인으로 분코크스를 공급할 수 있도록 하부에 제1 로터리 밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 분코크스 재순환 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 핫 가스 덕트 내부의 온도를 감지하는 온도센서; 및
상기 온도센서로부터 상기 핫 가스 덕트 내부의 온도 정보를 수신받아 사전에 설정된 기준온도보다 낮은 경우 상기 로터리 밸브에 작동신호를 전송하는 제어부를 더 포함하는 분코크스 재순환 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 취입라인은,
일단이 상기 로터리 밸브에 연결되고 타탄은 상기 연소용 에어라인에 연결되되, 상기 로터리 밸브에서 배출된 분코크스가 연소용 에어의 흐름에 편승될 수 있도록 상기 에어라인에 경사지게 연결되는 것을 특징으로 하는 분코크스 재순환 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 사일로는 내부에 수용된 분코크스의 무게를 감지하는 무게 감지센서를 더 포함하고, 상기 분리부의 하부에는 상기 저장조로 이동되는 분코크스의 양을 조절할 수 있도록 제2 로터리 밸브가 구비되며,
상기 제어부는 상기 무게 감지센서로부터 상기 사일로 내부에 수용된 분코크스의 무게 정보를 전송받아 사전에 설정된 기준무게를 초과하는 경우 상기 제2 로터리 밸브에 작동신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 분코크스 재순환 시스템.