KR101724576B1 - 코크스 오븐 상승관의 열을 이용한 스팀생산장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스팀생산장치에 관한 것으로서, 코크스 오븐의 상승관에 배치되는 열전도 파이프; 상기 열전도 파이프의 일측에 유체를 공급하는 펌프와 공급 파이프; 스팀탱크; 상기 열전도 파이프의 타측과 상기 스팀탱크 사이에 배치되는 연결 파이프; 상기 스팀탱크로부터 공급된 고압의 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 전력스팀장치를 포함하며, 상기 열전도 파이프는 코일 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 코크스 오븐의 상승관을 통해 이동하는 폐열을 이용하여 코크스 오븐 및 제철소 공정에 유익하게 사용되는 공정스팀과 전력을 생산할 수 있다.

Description

코크스 오븐 상승관의 열을 이용한 스팀생산장치{Steam generator using heat of coke oven's ascension pipe}

본 발명은 스팀생산장치에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 코크스 오븐의 상승관을 통해 이동되는 폐열을 이용하여 공정스팀과 전력을 생산하는 스팀생산장치에 관한 것이다.

일반적으로 코크스 오븐 설비는 석탄을 장입하는 다수 개의 탄화실을 갖고 있으며, 탄화실 내에서는 약 18시간 동안 1,250℃의 열을 가하여 적열 코크스를 생산한다.

이러한 코크스 제조 과정에서는, 각 탄화실 상부의 장입구를 통하여 연료탄이 탄화실 내부로 공급되며, 건류가 완료된 적열 코크스는 코크스 오븐 도어가 개방된 영역을 통하여 소화차에 적재된 후 공정 위치(코크스 투입부)로 이송된다.

이와 같은 코크스 오븐 설비에는 석탄의 유입 및 코크스의 배출을 위한 도어가 설치되어 있으며, 각 도어는 탈착 장치에 의해 작동되어 탄화실을 개방 또는 폐쇄시킨다.

코크스 오븐의 탄화실 내에서의 적열 코크스 건류 과정에서 발생하는 가스는 코크스 오븐 도어에 의하여 외부로 누출되지 않는다.

도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 코크스 공장의 코크스 오븐 설비(2)는 장입차(3)를 이용하여 석탄을 코크스 오븐(10)의 탄화실(11)에 장입하고, 진공상태로 건류시켜 코크스화하는 공정을 수행하는 설비이다. 그리고, 코크스 오븐(10)은 코크스 오븐 도어(20)에 의하여 밀폐될 수 있다.

여기서, 도면 번호 4는 압출기를 나타내며 도면 번호 5는 트랜스퍼카를 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 코크스화 공정에서 석탄의 코크스화에 따라 가스(Coke Oven Gas)가 코크스 오븐(10) 내에서 발생된다. 상기 가스는 탄화실(11)의 가스 웨이(12, Gas Way)를 통해 상승관(13)과 가스포집관(14)을 거처 화성공정으로 보내지게 된다.

이때, 상승관(13)을 따라 이동하는 고온의 상기 가스의 열은 이용되지 못하고 폐기되는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 코크스 오븐의 상승관을 통해 이동되는 폐열을 이용하여 공정스팀과 전력을 생산하는 스팀생산장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 코크스 오븐의 상승관에 배치되는 열전도 파이프; 상기 열전도 파이프의 일측에 유체를 공급하는 펌프와 공급 파이프; 스팀탱크; 상기 열전도 파이프의 타측과 상기 스팀탱크 사이에 배치되는 연결 파이프; 상기 스팀탱크로부터 공급된 고압의 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 전력스팀장치를 포함하며, 상기 열전도 파이프는 코일 형상으로 형성되는 스팀생산장치에 의하여 달성된다.

상기 유체가 공급되는 상기 열전도 파이프의 일측은 상기 상승관의 하부에 배치되고, 상기 유체가 배출되는 상기 열전도 파이프의 타측은 상기 상승관의 상부에 배치될 수 있다.

여기서, 상기 열전도 파이프는 상기 상승관의 내부에 배치되되, 상기 상승관은 탑 스탠드 파이프와 상기 탑 스탠드 파이프의 하부에 배치되는 바틈 스탠드 파이프를 포함할 수 있다.

한편, 상기 열전도 파이프를 덮도록 형성된 내화물을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 스팀탱크와 상기 전력스팀장치 사이에 배치되는 정압기를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전력스팀장치는 상기 정압기를 통해 공급되는 고압 스팀에 의해 구동되는 터빈과 발전기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전력스팀장치는 상기 터빈을 구동한 고압 스팀이 이송되어 저장되는 공정스팀탱크를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 스팀탱크와 상기 공급 파이프 사이에 배치되는 우회 파이프를 더 포함하며, 상기 스팀탱크에서 고압의 스팀 중 일부는 상기 우회 파이프를 통해 상기 열전도 파이프로 공급될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 스팀생산장치는 코크스 오븐의 상승관을 통해 이동하는 폐열을 이용하여 코크스 오븐 및 제철소 공정에 유익하게 사용되는 공정스팀과 전력을 생산할 수 있다.

즉, 종래에는 코크스 오븐에 발생되는 Gas를 집합본관을 거치기 전에 냉각하게 되어 이를 이용할 수 없었으나, 상승관의 내화물에 코일파이프를 삽입하고 고압수를 투입하여 폐열을 이용함으로써 전력생산 및 공정스팀을 생산할 수 있다.

도 1은 코크스 오븐 설비를 나타내는 도면이고,
도 2는 코크스 오븐을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스팀생산장치를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스팀생산장치의 코일형 열전도 파이프를 나타내는 사시도와 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스팀생산장치의 코일형 열전도 파이프가 배치되는 상승관의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소가 상기 두 구성요소 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 '상(위) 또는 하(아래)(on or under)'로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 스팀생산장치(1)는 코크스 오븐(10)의 상승관(13)을 따라 이동하는 열을 이용하여 코크스 오븐 및 제철소 공정에 유익하게 사용되는 공정스팀과 전력을 생산할 수 있다.

도 3을 참조하여 살펴보면, 상기 스팀생산장치(1)는 코크스 오븐(10)의 상승관(13)에 배치되는 열전도 파이프(100), 열전도 파이프(100)의 일측에 유체를 공급하는 펌프(200)와 공급 파이프(300), 스팀탱크(400), 열전도 파이프(100)의 타측과 상기 스팀탱크(400) 사이에 배치되는 연결 파이프(500), 스팀탱크(400)로부터 공급된 고압의 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 전력스팀장치(600) 및 스팀탱크(400)와 전력스팀장치(600) 사이에 배치되는 정압기(700)를 포함할 수 있다.

여기서, 전력스팀장치(600)는 터빈(610), 발전기(620) 및 공정스팀탱크(630)를 포함할 수 있다.

도 3 내지 도 6를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 열전도 파이프(100)는 상승관(13)에 배치되어 상승관(13)을 따라 이동하는 가스로부터 열을 전도받을 수 있다. 그에 따라, 열전도 파이프(100)를 따라 이동하는 유체(담수)는 고온 상태의 스팀으로 변화될 수 있다.

열전도 파이프(100)는 상승관(13)의 내부에 배치될 수 있다.

여기서, 상승관(13)은 탑 스탠드 파이프(13a, Top Stand Pipe)와 바틈 스탠드 파이프(13b, Bottom Stand Pipe)를 포함할 수 있다.

바틈 스탠드 파이프(13b)는 탑 스탠드 파이프(13a)의 하부에 배치되며, 상호 결합가능하게 배치되기 때문에, 상승관(13) 또는 열전도 파이프(100)의 손상시 교체를 용이하게 할 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 열전도 파이프(100)는 열전도 효율을 향상시키기 위해 코일 형상으로 형성될 수 있다.

여기서, 도 4의 (a)는 상승관(13)의 사시도이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 A-A선을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 5는 상승관(13)에서 바틈 스탠드 파이프(13b)를 제거하여 코일 형상의 열전도 파이프(100)를 나타내는 도면이다.

유체가 공급되는 열전도 파이프(100)의 일측은 상승관(13)의 하부에 배치되고, 상기 유체가 배출되는 열전도 파이프(100)의 타측은 상승관(13)의 상부에 배치될 수 있다.

예컨데, 상승관(13)에 있어서 상부에 비해 상대적으로 온도가 높은 하부에 상기 유체가 공급되는 열전도 파이프(100)의 일측을 배치하여 열전도 효율은 향상될 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상승관(13)의 내부에 배치되는 열전도 파이프(100)를 덮도록 배치되는 내화물(14)를 더 포함할 수 있다.

예컨데, 내화물(14)은 상승관(13)의 내주면에 배치되되, 열전도 파이프(100)를 덮도록 배치될 수 있다. 그에 따라, 내화물(14)은 상승관(130)에서 외부로 열의 유출을 최소화할 수 있다.

펌프(200)는 공급 파이프(300)를 통해 고압의 유체를 열전도 파이프(100)에 공급할 수 있다. 즉, 펌프(200)는 고압수를 열전도 파이프(100)에 공급되게 할 수 있다.

한편, 열전도 파이프(100)를 통해 고온의 스팀으로 변환된 유체는 공급 파이프(500)를 통해 스팀탱크(400)로 이송될 수 있다.

그리고, 스탬탱크(400)에 저장된 고압의 스팀의 일부는 정압기(700)에 의해 기 설정된 압력으로 전력스팀장치(600)에 공급된다.

그에 따라, 고압의 스팀은 전력스팀장치(600)의 터빈(610)을 구동하게 되고, 터빈(610)의 구동에 의하여 발전기(620)는 전력을 생산할 수 있다.

그리고, 터빈(610)을 구동한 스팀은 공정스팀탱크(630)에 이송되어 일시적으로 저장된 후, 제철소 공정에 사용되는 공정스팀으로 이용될 수 있다.

도 3을 참조하여 살펴보면, 상기 스팀생산장치(1)는 스팀탱크(400)와 공급 파이프(300) 사이에 배치되는 우회 파이프(800)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 스팀탱크(400)에서 고압의 스팀 중 일부는 정압기(700)를 통해 전력스팀장치(600)에 공급되고 고압의 스팀 중 나머지는 우회 파이프(800)를 통해 공급 파이프(300)로 이송된 후 열전도 파이프(100)로 공급될 수 있다.

즉, 상기 스팀생산장치(1)는 우회 파이프(800)를 이용하여 고압 및 고온의 스팀을 재사용 가능하게 할 수 있다. 그에 따라, 상기 스팀생산장치(1)의 열효율은 향상될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 수정과 변경에 관계된 차이점들을 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 스팀생산장치
2 : 코크스 오븐 설비 3 : 장입차
10 : 코크스 오븐 13 : 상승관
100 : 열전도 파이프 200 : 펌프
300 : 공급 파이프 400 : 스팀탱크
500 : 연결 파이프 600 : 전력스팀장치
610 : 터빈 620 : 발전기
630 : 공정스팀탱크 700 : 정압기
800 : 우회 파이프

Claims (8)

1. 코크스 오븐의 상승관에 배치되는 코일 형상의 열전도 파이프;
   공급 파이프를 통해 상기 열전도 파이프의 일측에 고압수를 공급하는 공급하는 펌프;
   스팀탱크;
   상기 열전도 파이프의 타측과 상기 스팀탱크의 사이에 배치되는 연결 파이프; 및
   상기 스팀탱크로부터 공급된 고압의 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 전력스팀장치를 포함하며,
   상기 열전도 파이프의 일측으로 공급되는 상기 고압수는 상기 열전도 파이프를 통해 상기 상승관 내부에서 스팀으로 변환되는 스팀생산장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고압수가 공급되는 상기 열전도 파이프의 일측은 상기 상승관의 하부에 배치되고, 상기 고압수가 배출되는 상기 열전도 파이프의 타측은 상기 상승관의 상부에 배치되는 스팀생산장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 열전도 파이프는 상기 상승관의 내부에 배치되되,
   상기 상승관은 탑 스탠드 파이프와 상기 탑 스탠드 파이프의 하부에 배치되는 바틈 스탠드 파이프를 포함하는 스팀생산장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 열전도 파이프를 덮도록 형성된 내화물을 더 포함하는 스팀생산장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 스팀탱크와 상기 전력스팀장치의 사이에 배치되는 정압기를 더 포함하는 스팀생산장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 전력스팀장치는 상기 정압기를 통해 공급되는 고압 스팀에 의해 구동되는 터빈과 발전기를 포함하는 스팀생산장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 터빈을 구동한 스팀이 이송되어 저장되는 공정스팀탱크를 더 포함하고,
   상기 공정스팀탱크에 저장된 스팀은 제철소 공정에 사용되는 공정스팀으로 이용되는 스팀생산장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 스팀탱크와 상기 공급 파이프의 사이에 배치되는 우회 파이프를 더 포함하며, 상기 스팀탱크에서 고압의 스팀 중 일부는 상기 우회 파이프를 통해 상기 열전도 파이프로 공급되는 스팀생산장치.

Images