KR101745522B1 - 배가스 청정설비의 보조 연소 장치 - Google Patents

배가스 청정설비의 보조 연소 장치 Download PDF

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박흥수
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재단법인 포항산업과학연구원
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    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes

Abstract

배가스 청정설비의 보조 연소 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 소결 공정의 주 소결기에서 발생되는 연소 배가스를 배출하는 주배풍 덕트, 상기 주배풍 덕트를 통하여 배출되는 연소 배가스를 제1 설정 압력까지 단열 압축하는 압축기, 상기 압축기를 통과한 연소 배가스를 등압 연소시켜 제1 설정 온도로 상승시키기 위한 전로가스, 상기 전로가스를 통과하여 제1 설정 압력과 제1 설정 온도로 상승된 연소 배가스를 제2 설정 압력과 제2 설정 온도로 단열 팽창시키는 터빈, 및 상기 터빈에서 단열 팽창되어 제2 설정 온도로 저하된 연소 배가스를 상기 배가스 청정설비로 유입하기 위한 배가스 유입관을 포함한다.

Description

배가스 청정설비의 보조 연소 장치{AUXILIARY COMBUSTION DEVICE OF EXHAUST GAS CLEANING EQUIPMENT}
본 발명은 배가스 청정설비의 보조 연소 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철공정에서 원광석을 고로에 투입하기 전에 사전 처리하는 공정인 소결 공정의 한 부분을 이루고 있는 주 소결기 배가스 청정설비의 보조 연소 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제철공정에서 원광석을 고로에 투입하기 전에 사전 처리하는 공정인 소결 공정을 행하고 있으며, 이러한 소결 공정에 주 소결기 배가스 청정설비가 사용되고 있다.
이러한 배가스 청정설비(9)를 포함한 소결 공정의 구성과 각 부분의 작용을 도 1을 참조하여 설명한다.
주 소결기(1)는 원광석을 소결하는 기능을 수행하며 소결이 완료된 소결광(2)은 냉각기(3)를 통과하면서 상온 수준까지 냉각된 후 고로에 투입된다.
주 소결기(1)에서는 흡인송풍기(5)에 의하여 외부 공기가 흡입되어 원광석 층을 통과하는데, 원광석과 미리 혼합해 놓은 소량의 코크스 분말 등이 이 공기와 반응하여 연소되도록 되어 있고 이 열에 의하여 원광석이 소결된다.
주 소결기(1)의 원광석 층에서 발생되는 연소 배가스는 주배풍 덕트(6)를 통과하게 되며 흡인 송풍기(5)를 거쳐 연돌(4)을 통하여 대기중으로 방출된다.
이러한 주 소결기(1)의 배풍(연소 배가스)에는 일반적으로 질소산화물을 포함하여 황산화물 등과 같은 환경오염 물질이 존재하며 이러한 물질들의 대기 방출을 방지하기 위하여 촉매를 이용한 배가스 청정설비(9)를 구비하고 있다.
또한, 이러한 배가스 청정설비(9)가 정상적인 성능을 발생하도록 하기 위해서 보조 연소기(8)를 설치하여 배가스 청정설비(9)에 유입되는 주 소결기(1) 배풍의 온도를 상승시키게 된다. 주 소결기(1) 배풍은 그 출구에서 약 150℃ 정도인데 보조 연소기(8)를 사용하여 고온의 연소가스를 주 배풍에 혼합시키는 방법으로 주 배풍의 온도를 200℃ 수준까지 승온 시킨다. 이를 위하여 일반적으로 부생가스인 전로가스(7)를 사용하고 있다. .
이와 같이, 소결 공정에서는 주 소결기(1)의 배가스 처리를 위하여 부생가스인 전로가스(7)를 사용하고 있는 것이며, 이로 인하여 부가적인 에너지 비용이 요구되고 있다.
즉, 종래에는 전로가스(7)를 연소시켜 발생되는 고온 배가스를 주배풍과 단순히 혼합하여 주배풍이 필요한 온도를 유지하여 왔다. 그러나 이러한 방법은, 일반적으로 연료를 연소시키면 1500℃ 이상의 고온 배가스를 얻을 수 있고 이러한 고온의 배가스는 축동력을 발생시킬 수 있는 에너지량을 의미하는 엑서지량이 많은데도 불구하고 이를 이용하지 않고 주배풍과 혼합시킴으로써 엑서지 손실을 초래하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 소결 배가스 청정설비의 운용을 위하여 사용하는 전로가스의 열에너지를 보다 효율적으로 활용하기 위한 배가스 청정설비의 보조 연소 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 소결 공정의 주 소결기에서 발생되는 연소 배가스를 배출하는 주배풍 덕트,
상기 주배풍 덕트를 통하여 배출되는 연소 배가스를 제1 설정 압력까지 단열 압축하는 압축기,
상기 압축기를 통과한 연소 배가스를 등압 연소시켜 제1 설정 온도로 상승시키기 위한 전로가스,
상기 전로가스를 통과하여 제1 설정 압력과 제1 설정 온도로 상승된 연소 배가스를 제2 설정 압력과 제2 설정 온도로 단열 팽창시키는 터빈, 및
상기 터빈에서 단열 팽창되어 제2 설정 온도로 저하된 연소 배가스를 상기 배가스 청정설비로 유입하기 위한 배가스 유입관을 포함하는 배가스 청정설비의 보조 연소 장치가 제공될 수 있다.
상기 주배풍 덕트에는 바이패스 댐퍼가 설치되는 것일 수 있다.
상기 터빈에는 상기 터빈에서 발생되는 기계적 에너지를 이용하여 전력을 생산하기 위한 발전기가 연결되는 것일 수 있다.
상기 배가스 유입관은 상기 주배풍 덕트에 연결되는 것일 수 있다.
상기 주배풍 덕트에는 연소 배가스를 상기 압축기로 유입하기 위한 위한 제1 유입관이 설치되는 것일 수 있다.
상기 압축기에는 상기 압축기로부터 배출되는 연소 배가스를 상기 터빈으로 유입하기 위한 제2 유입관이 설치되는 것일 수 있다.
상기 제2 유입관에는 전로가스가 공급될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 전로가스 연소시 얻어지는 고온의 연소 배가스가 보유하는 엑서지량을 본 발명의 구현예에 따른 브레이튼 사이클 시스템을 이용하여 축동력으로 회수한 후 적정한 온도 수준까지 저하된 연소 배가스를 배가스 청정설비에 유입되도록 함으로써 전로가스가 보유하는 엑서지량의 손실을 방지할 수 있으며 전로가스가 보유한 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배가스 청정설비의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 배가스 청정설비의 보조 연소 장치의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 구현예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 배가스 청정설비의 보조 연소 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 배가스 청정설비의 보조 연소 장치는, 소결 공정의 주 소결기에서 원광석 층에서 발생되는 연소 배가스를 배출하는 주배풍 덕트(6),
상기 주배풍 덕트(6)를 통하여 배출되는 연소 배가스(주배풍)를 제1 설정 압력까지 단열 압축하는 압축기(11),
상기 압축기(11)를 통과한 연소 배가스를 등압 연소시켜 제1 설정 온도로 상승시키기 위한 전로가스(7),
상기 전로가스(7)를 통과하여 제1 설정 압력과 제1 설정 온도로 상승된 연소 배가스를 제2 설정 압력과 제2 설정 온도로 단열 팽창시키는 터빈(12), 및
상기 터빈(12)에서 단열 팽창되어 제2 설정 온도로 저하된 연소 배가스를 상기 배가스 청정설비(9)로 유입하기 위한 배가스 유입관(14)을 포함할 수 있다.
상기 주배풍 덕트(6)에는 상기 주배풍 덕트(6)를 통하여 배출되는 연소 배가스의 일부 또는 전부를 상기 압축기(11)로 바이패스 하기 위한 바이패스 댐퍼(10)가 설치될 수 있다.
상기 터빈(12)에는 상기 연소 배가스가 상기 터빈(12)에서 단열 팽창됨에 따라 발생되는 기계적 에너지를 이용하여 전력을 생산하기 위한 발전기(13)가 연결될 수 있다.
또한, 상기 터빈(12)은 상기 연소 배가스가 상기 터빈(12)에서 단열 팽창됨에 따라 발생되는 기계적 에너지를 압축기에서 연소 배가스를 압축하는데 이용할 수 있도록 상기 압축기(11)와 연결될 수 있다.
상기 배가스 유입관(14)은 상기 배가스 유입관(14)으로부터 유입된 연소 배가스가 상기 주배풍 덕트(6)로부터 배출되는 연소 배가스와 혼합될 수 있도록 상기 주배풍 덕트(6)에 연결될 수 있다.
상기 주배풍 덕트(6)에는 상기 주배풍 덕트(6)로부터 배출되는 연소 배가스를 상기 압축기로 유입하기 위한 위한 제1 유입관(15)이 설치될 수 있다.
또한, 상기 압축기(11)에는 상기 압축기(11)로부터 배출되는 연소 배가스를 상기 터빈(12)으로 유입하기 위한 제2 유입관(16)이 설치될 수 있다.
상기 제2 유입관(16)에는 상기 제2 유입관(16)으로 유입된 상기 연소 배가스를 연소하기 위한 전로가스(7)가 공급될 수 있다.
이하에서, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 배가스 청정설비의 보조 연소 장치의 작동에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 배가스 청정설비의 보조 연소 장치는, 주배풍 덕트(6)에 바이패스 뎀퍼(10)를 설치하고, 연소 배가스(주배풍)의 일부 또는 전부가 압축기(11), 터빈(12), 및 발전기(13)로 이루어지는 브레이튼 사이클 시스템을 통과한 후 다시 연소 배가스(주배풍)과 혼합되도록 구성된다.
즉, 상기 주배풍 덕트(6)로부터 배출되는 연소 배가스는 먼저, 제1 유입관(15)에 의하여 압축기(11)로 유입되고, 상기 압축기(11)에 의하여 제1 설정 압력까지 단열 압축된다. 상기 압축기(11)에 의하여 단열 압축된 연소 배가스는 제2 유입관(16)으로 유입되는데, 상기 제2 유입관(16)으로 유입된 연소 배가스는 상기 제2 유입관(16)으로 공급되는 전로가스(7)에 의하여 등압 연소되어 제1 설정 온도로 상승된다.
상기 제2 유입관(16)을 통과한 연소 배가스는 상기 전로가스(7)에 의하여 제1 설정 온도로 상승된 후 터빈(12)을 통과하게 되고, 상기 터빈(12)은 연소 배가스를 제2 설정 압력과 제2 설정 온도로 단열 팽창시킨다.
이 때, 상기 터빈(12)에서 연소 배가스의 단열 팽창에 따라 발생되는 기계적 에너지는 상기 발전기(13)에서는 전력을 생산하는데 이용되고, 상기 압축기에서는 압축기를 압축하는데 이용될 수 있다.
또한, 상기 터빈(12)에서 단열 팽창되면서 온도가 제2 설정 온도로 저하된 연소 배가스는 상기 배가스 유입관(14)을 통하여 상기 주배풍 덕트(6)로 유입되어 상기 주배풍 덕트의 연소 배가스와 혼합되어 상기 배가스 청정설비(9)가 필요로 하는 온도 수준을 유지하도록 한다.
이와 같이, 전로가스(7) 연소시 얻어지는 고온의 연소 배가스가 보유하는 엑서지량을 본 발명의 구현예에 따른 브레이튼 사이클 시스템을 이용하여 축동력으로 회수한 후 적정한 온도 수준까지 저하된 연소 배가스를 배가스 청정설비(9)에 유입되도록 함으로써 전로가스(7)가 보유하는 엑서지량의 손실을 방지할 수 있는 유익한 장점을 얻을 수 있으며 전로가스(7)가 보유한 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
6: 주배풍 덕트 7: 전로가스
9: 배가스 청정설비 10: 바이패스 댐퍼
11: 압축기 12: 터빈
13: 발전기 14: 배가스 유입관

Claims (7)

  1. 소결 공정의 주 소결기에서 발생되는 연소 배가스를 배출하는 주배풍 덕트,
    상기 주배풍 덕트를 통하여 배출되는 연소 배가스를 제1 설정 압력까지 단열 압축하는 압축기,
    상기 압축기를 통과한 연소 배가스를 등압 연소시켜 제1 설정 온도로 상승시키기 위한 전로가스,
    상기 전로가스를 통과하여 제1 설정 압력과 제1 설정 온도로 상승된 연소 배가스를 제2 설정 압력과 제2 설정 온도로 단열 팽창시키는 터빈, 및
    상기 터빈에서 단열 팽창되어 제2 설정 온도로 저하된 연소 배가스를 배가스 청정설비로 유입하기 위한 배가스 유입관
    을 포함하고,
    상기 주배풍 덕트에는 주배풍 덕트를 통하여 배출되는 연소 배가스의 일부 또는 전부를 압축기로 바이패스 하는 바이패스 댐퍼가 설치되고,
    상기 배가스 유입관은 상기 주배풍 덕트에 연결되고,
    상기 주배풍 덕트에는 연소 배가스를 상기 압축기로 유입하기 위한 위한 제1 유입관이 설치되고,
    상기 바이패스 댐퍼는 배가스 유입관과 제1 유입관의 사이에 설치되는 것인 배가스 청정설비의 보조 연소 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터빈에는 상기 터빈에서 발생되는 기계적 에너지를 이용하여 전력을 생산하기 위한 발전기가 연결되는 것인 배가스 청정설비의 보조 연소 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압축기에는 상기 압축기로부터 배출되는 연소 배가스를 상기 터빈으로 유입하기 위한 제2 유입관이 설치되는 것인 배가스 청정설비의 보조 연소 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 유입관에는 전로가스가 공급되는 것인 배가스 청정설비의 보조 연소 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012245444A (ja) 2011-05-25 2012-12-13 Nippon Steel Corp 焼結炉排ガスの脱硫・脱硝方法
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