KR101731295B1 - 폐 분출수 열 회수장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐 분출수 열 회수장치에 관한 것이다. 본 발명은 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 산세 효율을 높이기 위해 사용되는 보일러에서 발생된 증기의 사용 후 발생되는 폐 분출수의 열을 회수하는 폐 분출수 열 회수장치에 있어서, 상기 보일러에서 회수되는 폐 분출수 열에 의해 가열되는 재공급수가 내부에 수용되는 급수탱크; 상기 보일러와 상기 급수탱크의 사이에 연결되며, 상기 보일러에서 회수되는 폐 분출수를 재증발 증기와 폐 응축수로 나누어 상기 급수탱크로 공급하는 기수분리부; 상기 급수탱크의 내부에 구비되어 상기 기수분리부에서 공급되는 재증발 증기로 재공급수를 가열하는 재증발 증기 열교환부; 상기 급수탱크의 내부에 구비되어 상기 기수분리부에서 공급되는 폐 응축수로 재공급수를 가열하는 응축수 열교환부; 및 상기 급수탱크에 연결되어 상기 급수탱크의 내부에서 가열된 재공급수를 상기 보일러로 공급하는 급수펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 증기 사용으로 인해 발생되는 폐 응축수에 염산과 황산 등의 화학약품이 혼입되는 것을 염려할 필요없이, 증기 열 사용설비에서 버려지는 폐 응축수가 포함된 폐 분출수로부터 다량의 열 에너지가 안전하게 회수되어 재사용되도록 할 수 있다.

Description

폐 분출수 열 회수장치 { THERMAL ENERGY RECOVERY APPARATUS USING WASTE BLOW WATER }
본 발명은 폐 분출수 열 회수장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 산세 효율을 높이기 위해 사용되는 증기 열 사용설비에 적용되어 사용 후 폐 분출수의 열을 회수하는 폐 분출수 열 회수장치에 관한 것이다.
산업용 보일러에서 발생되는 증기는 생산공정에서 제품의 품질향상과 관련된 중요한 역할을 수행하며 다양한 목적으로 사용된다. 여기서, 증기가 보유하고 있는 잠열을 피 가열 체에 전달하게 되면 응축되어 물로 상 변화하게 되는데, 이때의 폐 응축수의 온도는 포화온도와 같기 때문에 다량의 열 에너지를 보유하고 있다. 따라서, 생산공정에서 발생되는 폐 응축수가 포함된 폐 분출수(噴出水, blow water)로부터 열 에너지를 얼마나 많이 회수하여 재이용하느냐에 따라 보일러에 투입되는 연료 사용량이 큰 영향을 받게 된다.
한편, 철강제품의 산세 공정을 비롯하여 보일러의 급수온도는 약 6.4 ℃ 상승 될 경우 연료가 약 1% 정도 절감될 수 있기 때문에 고온으로 인한 다량의 열량을 보유하고 있는 분출수 열을 회수하여 이용하는 것을 최우선으로 하고 있으며, 일반적으로 공정의 용수를 가열할 목적으로 증기를 사용하고 있다.
이러한 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 산세 효율을 높이기 위해 사용되는 증기 열 사용설비의 일 예가 대한민국 특허등록번호 제10-0921688호(2009년10월07일자 등록, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시되어 있다.
그러나 철강제품을 세척하는 과정에서 염산과 황산 등과 같은 약품을 사용하는 경우 작업 중 열교환기의 크랙(crack)이나 손상 등으로 염산과 황산 등의 화학약품이 폐 응축수에 혼입될 수 있기 때문에 이를 보일러 측으로 회수하여 재사용하지 못하고 치명적인 안전사고의 발생을 우려하여 부득이 전량 폐기 처리하고 있는 실정이다.
특허등록번호 제10-0921688호(2009.10.07.)
따라서 본 발명은 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 증기 사용으로 인해 발생되는 폐 응축수에 염산과 황산 등의 화학약품이 혼입되는 것을 염려할 필요없이, 증기 열 사용설비에서 버려지는 폐 응축수가 포함된 폐 분출수로부터 다량의 열 에너지가 안전하게 회수되어 재사용되도록 할 수 있는 폐 분출수 열 회수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 산세 효율을 높이기 위해 사용되는 보일러에서 발생된 증기의 사용 후 발생되는 폐 분출수의 열을 회수하는 폐 분출수 열 회수장치에 있어서, 상기 보일러에서 회수되는 폐 분출수 열에 의해 가열되는 재공급수가 내부에 수용되는 급수탱크; 상기 보일러와 상기 급수탱크의 사이에 연결되며, 상기 보일러에서 회수되는 폐 분출수를 재증발 증기와 폐 응축수로 나누어 상기 급수탱크로 공급하는 기수분리부; 상기 급수탱크의 내부에 구비되어 상기 기수분리부에서 공급되는 재증발 증기로 재공급수를 가열하는 재증발 증기 열교환부; 상기 급수탱크의 내부에 구비되어 상기 기수분리부에서 공급되는 폐 응축수로 재공급수를 가열하는 응축수 열교환부; 및, 상기 급수탱크에 연결되어 상기 급수탱크의 내부에서 가열된 재공급수를 상기 보일러로 공급하는 급수펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 분출수 열 회수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기수분리부에는 바이패스 밸브가 구비된 것이 바람직하다.
상기 급수탱크의 상부로는 상기 보일러에서 발생되는 응축수가 직접 회수되도록 구비될 수 있다.
상기 급수탱크가 상기 급수펌프보다 높은 위치에 배치되도록 상기 급수탱크를 지지하는 탱크 지지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치에 의하면, 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 증기 사용으로 인해 발생되는 폐 응축수에 염산과 황산 등의 화학약품이 혼입되는 것을 염려할 필요없이, 증기 열 사용설비에서 버려지는 폐 응축수가 포함된 폐 분출수로부터 다량의 열 에너지가 안전하게 회수되어 재사용되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치가 적용되는 철강제품의 산세 공정 시스템을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치가 적용되는 철강제품의 산세 공정 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치(100)는, 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 산세 효율을 높이기 위해 사용되는 보일러(1)에 연결되어 사용 후 폐 분출수(噴出水, blow water)의 열을 회수하기 위한 것이다. 여기서, 분출수라 함은 열사용설비에서 증기 사용 후 필연적으로 발생하는 응축수와 재증발 증기를 뜻한다. 이를 위해 본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 급수탱크(110)와, 기수분리부(120)와, 재증발 증기 열교환부(130)와, 응축수 열교환부(140)와, 급수펌프(150)를 포함한다.
이에 따라, 기존에 고온의 열량을 보유한 채 그냥 외부로 버려졌던 보일러(1)의 폐 분출수로부터 고온의 열 에너지를 회수하여 보일러(1)의 급수나 급탕수를 가열하여 온도가 상승하도록 재활용하여 에너지를 절감(약 5 ~ 10 % 정도)한 후 외부로 배출되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치(100)가 적용되는 철강제품의 산세 공정 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 보일러(1)와, 석회 피막조(11)와, 석회 중화조(15)와, 예열조(20)와, 산세조(30)와, 수세조(40)와, 세척조(50)와, 제1 피막조(61)와, 제2 피막조(65)와, 피막수세조(70)와, 피막중화조(80)와, 루베조(90)를 포함한다.
급수탱크(110)는 보일러(1)에서 회수되는 폐 분출수 열에 의해 가열되는 재공급수가 내부에 수용되도록 구비된다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 급수탱크(110)의 하부 일측에는 폐 분출수 열에 의해 가열되는 재공급수가 보일러(1)로 재공급되는 경로를 제공하는 회수열 공급관(111)과, 보일러(1)로 공급되지 않는 재공급수와 응축수 열교환부(140)를 거친 폐 응축수가 외부로 배출되도록 하는 옥외 배출관(113)이 연결되고, 하부 타측에는 급수탱크(110)의 내부에 녹물을 비롯한 불순물로 인해 오염되는 것을 방지하도록 소제구(115)가 구비되며, 소제구(115)에 연결된 배관에는 소제용 밸브(116)가 설치된다.
이에 따라, 소제구(115)를 통해 급수탱크(110)의 내부로 직접 출입하지 않고서도 후술할 맨홀(118)에서 살펴보며 용이하게 급수탱크(110)의 내부를 청소할 수 있게 됨으로써 작업효율이 증대되도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 소제용 밸브(116)는 소제시 농축수 등의 배수가 원활해지도록 50A 구경의 밸브로 마련된 것이 바람직한데, 이는 소제시 소요되는 청소수량보다 배수되는 수량이 더 많아야 하기 때문이고, 구경이 작으면 농축수로 인해 밸브가 막힐 수도 있기 때문이다.
한편, 급수탱크(110)의 상부 일측에는 통기공의 역할과 벤트 헤드(vent head)로서의 역할을 겸하는 에어벤트 헤드(air vent head)(117)가 구비된다.
이에 따라, 재증발 증기 열교환부(130)를 거친 사용 후 폐 재증발 증기가 에어벤트 헤드(117)를 통해 미세하게 조절되며 외부로 배출되도록 할 수 있다.
또한, 급수탱크(110)의 상부 타측에는 급수탱크(110)의 내부를 점검하거나 고장시 적절한 조치를 취할 수 있도록 맨홀(manhole)(118)이 구비된다. 맨홀(118)은 평상시에는 누설되지 않도록 기밀이 확실히 유지되게 마련된 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예로서, 급수탱크(110)의 상부로는 보일러(1)에서 발생되는 응축수가 직접 회수되도록 구비된 것이 바람직하다. 이를 위하여 급수탱크(110)의 상부에는 후술할 예비 탱크(170)에 연결된 응축수 관(119)이 연결된다.
이에 따라, 보일러(1)에서 버려지는 폐 분출수로부터 회수되는 폐 응축수가 아닌 보일러(1)에서 발생되는 정상적인 응축수가 급수탱크(110)로 직접 회수되도록 할 수 있다.
기수분리부(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 보일러(1)와 급수탱크(110)의 사이에 연결되되, 보일러(1)에서 회수되는 폐 분출수를 압력 강하에 의해 재증발되는 현상을 이용하여 내부에서 상부로 상승되는 재증발 증기와 비중에 의해 하부로 하강되는 폐 응축수로 나누어 급수탱크(110)로 공급하도록 구비된다.
이에 따라, 기수분리부(120)에 의해 폐 분출수가 압력과 온도 상태에 따라 재증발 증기와 폐 응축수로 나뉘어 급수탱크(110)로 공급되도록 함으로써, 폐 분출수로부터 열 에너지의 회수 효율이 더욱 높아지도록 할 수 있다.
좀더 구체적으로, 기수분리부(120)에는 보일러(1)에 연결되어 보일러(1)에서 회수되는 폐 분출수가 흐르도록 구비된 분출수 배관(121)이 연결된다.
분출수 배관(121)은 폐 응축수 차압에 의한 폐 응축수 이송의 저해로 인한 워터 해머링(water hammering)의 최소화를 달성하여 배관의 손상을 방지하고, 열사용 설비의 효율 상승에 지장이 없도록 마련될 필요가 있다.
본 발명의 일실시예로서, 기수분리부(120)에는 바이패스 밸브(123)가 구비된 것이 바람직하다.
이에 따라, 재증발 증기 열교환부(130)의 고장 또는 손상시 바이패스 밸브(123)의 개폐 조절에 의해 바이패스 역할과 함께 에어벤트의 역할을 겸하도록 하여 필요시 점검하거나 재증발 증기 열이 회수되도록 할 수 있다. 이때, 재증발 증기 열교환부(130)의 고장 또는 손상시 바이패스 밸브(123)의 폐쇄에 의해 재증발 증기와 폐 응축수는 모두 후술할 폐 응축수 회수배관(141)을 통해 후술할 응축수 열교환부(140)로 흐르게 된다.
재증발 증기 열교환부(130)는 급수탱크(110)의 내부에 구비되어 기수분리부(120)에서 공급되는 재증발 증기로 재공급수를 가열하도록 급수탱크(110)의 내부에서 하부에 코일 형태로 마련되어 설치된다.
한편, 기수분리부(120)와 재증발 증기 열교환부(130)의 사이에는 에어 벤트로서 재증발 증기관(131)이 연결되고, 재증발 증기관(131)에는 증기 밸브(133)가 구비된다.
이에 따라, 재증발 증기 열교환부(130)의 고장 또는 손상시 증기 밸브(133)의 개폐가 조절되도록 하여 적절히 대응할 수 있다. 이때, 증기 밸브(133)는 간단히 플랜지(flange)를 이용한 차폐판의 막음 구조로 마련되도록 할 수도 있다.
본 발명에 따른 재증발 증기관(131)은 재증발 증기의 고임 현상이 일어나지 않도록 적당히 경사지게 구비되거나 최소한 수평 하게 구비된 것이 바람직하다.
응축수 열교환부(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 급수탱크(110)의 내부에 구비되어 기수분리부(120)에서 공급되는 폐 응축수로 재공급수를 가열하도록 급수탱크(110)의 내부에서 재증발 증기 열교환부(130)보다 작은 크기의 코일 형태로 마련되어 재증발 증기 열교환부(130)의 하부에서 내부로 재증발 증기 열교환부(130)에 의해 감싸지도록 구비된다.
이에 따라, 재공급수의 성층화에 따른 급수탱크(110) 하부의 낮은 위치에 있는 재공급수에 의한 열교환 상승을 도모하고 급수탱크(110)의 상부에서 열이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
기수분리부(120)의 하부와 응축수 열교환부(140)의 사이에는 폐 응축수 회수배관(141)이 연결되고, 폐 응축수 회수배관(141)에는 응축수 밸브(143)가 구비되며, 응축수 열교환부(140)의 상부 말단에는 응축수 배출관(145)이 연결된다.
폐 응축수 회수배관(141)은 재증발 증기관(131)의 고장 또는 손상시를 감안하여 되도록 구경이 보다 크게 마련된다.
응축수 밸브(143)는 응축수 열교환부(140)의 고장 또는 손상시 개폐가 조절되도록 하여 적절히 대응할 수 있다. 이 때, 응축수 밸브(143) 또한 증기 밸브(133)와 마찬가지로 간단히 플랜지를 이용한 차폐판의 막음 구조로 마련되도록 할 수도 있다. 이때, 응축수 밸브(143)를 폐쇄하여 재증발 증기 열교환부(130)로 폐 응축수의 열이 회수되도록 한다. 다만, 에어 벤트의 우려시에는 소량 개방하여 적절히 대처할 필요가 있다.
한편, 폐 응축수 회수배관(141)에는 또 다른 바이패스 밸브가 더 구비될 수도 있다.
본 발명의 일실시예로서, 응축수 배출관(145)은 옥외 배출관(113)에 연결된 것이 바람직하다.
이에 따라, 응축수 열교환부(140)를 거친 폐 응축수가 응축수 배출관(145)을 거쳐 옥외 배출관(113)을 통해 급수탱크(110)의 외부로 최종적으로 배출되는 과정에서 남은 열을 또다른 용도로 재활용하도록 할 수 있다.
급수펌프(150)는 급수탱크(110)에 연결되어 급수탱크(110)의 내부에서 가열된 재공급수를 보일러(1)로 공급하도록 구비된다.
본 발명의 일실시예로서, 급수펌프(150)는 보일러(1)로 재공급되는 재공급수의 고온 및 열수를 고려하여 입형 다단 펌프로 마련된 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치(100)는 급수탱크(110)가 급수펌프(150)보다 높은 위치에 배치되도록 급수탱크(110)를 지지하는 탱크 지지부(160)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 재공급수의 온도가 고온으로 상승 되더라도 펌핑(pumping) 효율이 향상될 수 있게 됨과 동시에 공동현상(cavitation)을 방지할 수 있고, 소제구(115)의 위치가 작업하기에 수월한 위치에 마련되어 소제 작업을 비롯한 장치의 관리 작업을 위한 공간이 충분히 확보되도록 할 수 있으며, 이로 인해 인력손실과 작업손실을 최소화하고 관리가 수월해져 양질의 급수 상태가 유지될 수 있고, 보일러(1)의 불순물로 발생되는 기수공발(carry over)을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치(100)는 보일러(1)에 연결되어 보일러(1)에서 발생되는 정상적인 응축수가 내부에 수용되고 응축수 관(119)을 통해 급수탱크(110)에 연결되어 내부에 수용된 응축수를 급수탱크(110)로 공급하도록 구비된 예비 탱크(170)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 보일러(1)의 운전 과정에서 또다른 정상적인 응축수가 발생 되더라도 예비 탱크(170)에 필터 수단을 두어 급수탱크(110) 내에 이물질이 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 폐 분출수 열 회수장치(100)가 작동되는 과정을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 보일러(1)에서 분출수 배관(121)을 통해 폐 분출수가 기수분리부(120)로 유입되면 기수분리부(120)에서는 폐 분출수가 재증발 증기와 폐 응축수로 나누어지게 된다.
다음에, 기수분리부(120)에서 분리된 재증발 증기는 상승 되어 재증발 증기관(131)을 통해 재증발 증기 열교환부(130)로 공급되고, 폐 응축수는 하강 되어 폐 응축수 회수배관(141)을 통해 응축수 열교환부(140)로 공급된다.
그리고 재증발 증기 열교환부(130)를 통과하는 동안 재증발 증기는 급수탱크(110)의 내부에 수용된 재공급수와 열교환 되며 재공급수를 가열하고, 응축수 열교환부(140)를 통과하는 동안 폐 응축수는 재공급수와 열교환 되며 재공급수를 가열한다.
마지막으로, 급수탱크(110)의 내부에서 가열된 재공급수는 급수펌프(150)에 의해 회수열 공급관(111)을 거쳐 보일러(1)로 재공급되어 재활용되고, 재증발 증기 열교환부(130)를 통과하는 동안 열을 빼앗긴 재증발 증기는 급수탱크(110)의 상부에 구비된 에어벤트 헤드(117)를 통해 외부로 배출되며, 응축수 열교환부(140)를 통과하는 동안 열을 빼앗긴 폐 응축수는 응축수 배출관(145)을 거쳐 옥외 배출관(113)을 통해 급수탱크(110)의 외부로 배출되어 버려진다.
이에 본 발명에 따르면, 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 증기 사용으로 인해 발생되는 폐 응축수에 염산과 황산 등의 화학약품이 혼입되는 것을 염려할 필요없이, 증기 열 사용설비에서 버려지는 폐 응축수가 포함된 폐 분출수로부터 다량의 열 에너지가 안전하게 회수되어 재사용되도록 할 수 있는 폐 분출수 열 회수장치(100)를 제공할 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
110 : 급수탱크 120 : 기수분리부
123 : 바이패스 밸브 130 : 재증발 증기 열교환부
140 : 응축수 열교환부 150 : 급수펌프
160 : 탱크 지지부

Claims (4)

  1. 철강제품의 생산공정 중 산세 공정에서 산세 효율을 높이기 위해 사용되는 보일러에서 발생된 증기의 사용 후 발생되는 폐 분출수의 열을 회수하는 폐 분출수 열 회수장치에 있어서,
    상기 보일러에서 회수되는 폐 분출수 열에 의해 가열되는 재공급수가 내부에 수용되는 급수탱크;
    상기 보일러와 상기 급수탱크의 사이에 연결되며, 상기 보일러에서 회수되는 폐 분출수를 압력 강하에 의한 재증발 현상을 이용하여 재증발 증기와 폐 응축수로 나누어 상기 급수탱크로 공급하는 기수분리부;
    상기 급수탱크의 내부에 구비되어 상기 기수분리부에서 공급되는 재증발 증기로 재공급수를 가열하는 재증발 증기 열교환부;
    상기 급수탱크의 내부에 구비되어 상기 기수분리부에서 공급되는 폐 응축수로 재공급수를 가열하는 응축수 열교환부; 및
    상기 급수탱크에 연결되어 상기 급수탱크의 내부에서 가열된 재공급수를 상기 보일러로 공급하는 급수펌프를 포함하되,
    상기 재증발 증기 열교환부는 상기 급수탱크의 내부에 구비된 코일 형상이며, 상기 기수분리부에 의하여 상기 재증발 증기 열교환부 상단으로부터 재증발 증기가 상기 재증발 증기 열교환부에 공급되고,
    상기 응축수 열교환부는 상기 재증발 증기 열교환부에 의해 감싸지도록 상기 급수탱크의 내부에 구비되며 상기 재증발 증기 열교환부 보다 작은 코일 형상이고, 상기 기수분리부에 의하여 상기 응축수 열교환부의 하단으로부터 폐 응축수가 상기 응축수 열교환부에 공급되는 것을 특징으로 하는 폐 분출수 열 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기수분리부에는 바이패스 밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 폐 분출수 열 회수장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 급수탱크의 상부로는 상기 보일러에서 발생되는 응축수가 직접 회수되도록 구비된 것을 특징으로 하는 폐 분출수 열 회수장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급수탱크가 상기 급수펌프보다 높은 위치에 배치되도록 상기 급수탱크를 지지하는 탱크 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 분출수 열 회수장치.
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